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悬索桥主缆温度效应及温度预测研究
| 论文题名： | 悬索桥主缆温度效应及温度预测研究 |
| 关键词： | 悬索桥;主缆;温度效应;温度预测 |
| 摘要： | 悬索桥是一种外形美观、跨越能力强、承载力大的柔性桥梁。主缆是悬索桥的主体结构，它拥有较强的温度敏感性，温度的变化会显著地影响到主缆的内力和线形。悬索桥的主缆是由钢和空气混合而成，其传热机制十分复杂。在太阳直接辐射、大气层散射、地面反射等能量辐射作用下，主缆表面温度变化迅速，而主缆内部温度变化缓慢，且截面间存在明显的温度梯度，温度分布较复杂，故悬索桥温度场和温度效应问题更加受到广大学者的关注。鉴于以上现状，本文根据温度场基本理论和太阳辐射模型，利用有限元程序准确地模拟计算主缆的温度分布及主缆温度效应，并建立温度响应面模型实现对主缆温度的预测。本文的主要工作如下： （1）针对重庆山区悬索桥主缆温度场多种环境条件、多状态的悬索桥主缆实测温度数据，分析归纳总结了在太阳辐射作用、环境温度影响下的大跨度悬索桥主缆温度的分布特征及其随时间变化规律。 （2）基于太阳辐射模型和传热学基本理论，采用有限元程序ABAQUS瞬态热传递模块，建立了以小时为分析步长的悬索桥主缆温度场仿真模型。通过有限元计算值和实测数值的比较，验证了主缆热学仿真模型的精度和可靠性。说明利用有限元程序ABAQUS分析计算主缆温度场，在复杂工程的探究中具有较强适应性。 （3）针对悬索桥主缆复杂的温度效应，对其进行系统的分析和总结。并依托实际工程，探究了主缆不均匀温度分布对主缆线形的影响，考虑了最不利条件下温度对主缆轴力、索塔内力的效应，同时采用三维模型分析得到主缆温度应力分布规律，归纳总结了温度变化对锚跨索股张力的影响。该研究有效减小了主缆线形的偏差，实现了主缆线形的精细化控制，并依据主缆温度应力的分布规律为今后主缆设计与施工提供控制指标。 （4）基于主缆热传递模型和研究参数合理范围，研究了太阳辐射强度、对流换热系数、环境温度和主缆直径对主缆温度场的变化规律，归纳总结出各研究变量与主缆温度场之间的影响趋势。提出了基于响应面法的主缆截面温度预测方法，通过响应面模型取代边界繁琐的数值仿真模型，融合试验设计、响应面模型以及优化算法构建了主缆截面温度预测函数，实现了由气象因素量化预测主缆温度的目标，有效提升了主缆温度测试的工作效率。 |
| 作者： | 廖胜津 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 汪宏;张雪松 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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