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原文传递大跨度钢管混凝土拱桥温度场及温度效应研究

论文题名：	大跨度钢管混凝土拱桥温度场及温度效应研究
关键词：	钢管混凝土拱桥;温度效应;计算参数;施工条件
摘要：	钢管混凝土拱桥因其优异的结构性能、较为简便的施工方法、优美的结构线形，使得其在我国基础设施建设大背景下获得了大量的运用，跨径亦不断得以突破。伴随着大量运用的同时是针对性的科研攻关，目前针对钢管混凝土结构性能、工艺等方面的研究已获得了长足的发展，然而桥梁温度问题由于其区域性、结构性特征明显，使得该方面的研究仍较为缺乏，理论研究较建设步伐相对缓慢。尤其是当前跨径不断突破带来的大管径、混凝土高等级、桥址环境复杂等使得针对大管径、大跨度钢管混凝土拱桥温度场及温度效应的研究十分迫切。本文采用大管径钢管混凝土试件长期温度监测试验为主，辅以有限元数值模拟手段对拱肋温度场、温度效应计算参数进行分析，为后续研究人员研究大管径钢管混凝土拱桥温度问题提供参考。本文主要研究内容如下：　　1.对钢管混凝土拱桥及其温度问题研究现状、研究方法进行总结归纳，并对热交换计算理论及边界条件进行了分析，为桥梁温度分布及温度效应计算提供理论指导。　　2.对大体积混凝土灌注过程中水化放热温度效应计算参数取值及影响因素进行了研究。计算大体积混凝土水化放热温度效应时，温度对混凝土弹性模量的影响不可忽视。基于等效龄期理论，采用计入温度影响的复合指数式弹性模量预测模型，对水化热应力进行了计算。混凝土在降温初始阶段产生较大的约3MPa环向拉应力，存在造成混凝土开裂的风险。由于受钢管约束，混凝土延径向则表现为压应力。对热应力影响因素计算表明，降低混凝土入仓温度，如加入冰水等，可以较好的改善因水化放热产生的拉应力。　　3.对日照等温度荷载作用下钢管混凝土温度分布、温度效应、粘结界面应力及其参数敏感性问题进行了研究。结果表明，日照温度荷载作用下，混凝土沿径向最大拉应力达1.48MPa，沿环向最大拉应力达2.06Mpa，大于C60混凝土抗拉设计值1.96Mpa，周期性温度荷载作用下，混凝土开裂的风险。钢管与混凝土粘结界面最大拉应力超过1.22MPa，且界面粘结热应力与壁厚成正相关与管径成负相关。　　4.为研究钢管混凝土拱桥温度效应计算参数取值方法，对一足尺寸钢管混凝土试件进行了长期温度监测试验。在试验基础上结合计算分析，对钢管混凝土拱桥的合龙温度、有效温度取值及温度梯度模型进行了研究。研究表明：合龙温度按《公路钢管混凝土拱桥设计规范》推荐公式进行计算较为合理；最高有效温度应取日最高气温+2℃，最低有效温度应取最低日平均气温-2℃；并对钢管混凝土拱肋温度梯度模型提出建议。　　5.对钢管混凝土拱桥营运阶段温度效应进行计算分析。结果表明：温度对桥梁影响十分显著，其中拱脚段受降温温度效应影响较拱肋其他截面位置更加突出。
作者：	周大为
专业：	土木工程(桥梁与隧道工程)
导师：	邓年春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2021