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原文传递大跨预应力混凝土刚构-连续梁桥温度效应研究

论文题名：	大跨预应力混凝土刚构-连续梁桥温度效应研究
关键词：	预应力混凝土;连续箱梁桥;内部温度场;温度应力;在线监测
摘要：	混凝土箱型梁长期处于暴露的自然环境中，受到日照辐射、寒潮降温等外界因素的影响，由于混凝土本身的导热性能差，桥梁结构内部会形成不均匀温度场，进而产生温度应力，使混凝土结构出现变形，严重的还会产生温度裂缝，有些裂缝甚至会影响到桥梁的使用性，使得桥梁结构性能出现退化，从而影响到桥梁正常运营的稳定性与安全性。因此为了保证桥梁的性能，对混凝土箱梁桥梁的温度场及温度效应的研究有很重要的意义。　　本文以山东某大跨预应力钢筋混凝土刚构-连续箱型桥梁为工程背景，在其结构内部安装了大量的光纤光栅温度及应变传感器和一系列加速度传感器，长期实时在线监测结构内部温度、应变和结构的整体模态，并在此基础上研究了箱梁桥温度场的变化规律，温度变化时混凝土箱梁截面的应变以及该桥自振频率随温度的变化规律;建立该桥的三维有限元计算模型，并用有限元软件ANSYS模拟了寒潮出现时的箱梁桥温度场变化及对应的温度效应，主要研究内容及结论如下: 　　(1)分析温度传感器实测数据发现，上游幅桥的底板和腹板受日照的影响程度较小，其整体的温度变化趋势主要是随季节而改变;受日照温度影响最大的位置是箱梁的顶板，且每刻的温度均明显高于其他位置。上下游顶、底板受日照温差的影响差不多，而上下游腹板由于该桥是南北走向的，故同一处所受日照辐射的不同而存在温差。当竖向高度相同时，桥梁的温度分布不因纵向位置的不同而改变。并用最小二乘法对下游幅桥边跨跨中顶板与底板温差概率密度进行拟合，求出的横向温差大于竖向温差。　　(2)对实测应变进行了分析，得到桥梁箱梁的底板应变大于顶板应变;另外，测得相同截面位置同高度处上游幅桥的顶板、腹板与底板压应变均大于下游幅桥，并且该桥梁箱梁上游截面应变曲线波动更剧烈;应变与温度的变化趋势一致，但具有滞后性。对模态频率分析，发现该桥频率的日相对差值可达1％左右，半年内的最大相对差值可达4.38％;分析不同阶次频率与温度的关系可得:频率和温度可以近似简化认为具有线性关系。　　(3)用有限元软件ANSYS模拟寒潮来袭的三种工况，将寒潮温度骤降做为环境温度激励，研究该过程桥梁箱型截面的瞬态温度分布;获得结构频率时程、不同截面处的挠度变化、以及截面内部各关键点的应力变化规律。发现该桥箱梁外表面测点的温度变化趋势与模拟时设置的外部环境温度变化趋势相似，中部和内表面温度变化幅度小且具有滞后性。对比各跨跨中测点的应变情况得知，挠度最大的是主跨跨中，在48小时降温20℃的工况下最大能达到1.93cm。中跨跨中与次跨跨中的挠度变化趋势均随温度降低而降低，边跨跨中挠度的变化趋势却是随温度降低而升高。寒潮作用下箱梁的顶板和底板上应力变化最大的是纵向应力，竖向应力基本不变。顶板上横向测点的竖向应力分布为两翼缘的应力大，中间应力小;横向与纵向却是中间测点的应力值最大。腹板上纵向测点纵向应力分布为越往下应力值越大。寒潮作用下前十阶模态48小时的相对差值的最大值可在降温20℃的工况下达到0.56％，由模拟数值可以看出1阶模态频率与温度具有负相关性。
作者：	殷琳琳
专业：	建筑与土木工程
导师：	程新;王蕾
授予学位：	硕士
授予学位单位：	济南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文