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原文传递钢管混凝土拱肋梯度温度效应分析

论文题名：	钢管混凝土拱肋梯度温度效应分析
关键词：	钢管混凝土拱桥;日照辐射;水化热;梯度温度效应
摘要：	钢管混凝土结构在桥梁建设中的应用，同时实现了结构强度高与施工轻型化便捷化的优势，针对我国国情与大力发展交通设施的发展趋势而言，钢管混凝土拱桥的应用无疑具有很好的综合效应，因此我国在钢管混凝土拱桥的建设与理论研究方面都处于世界领先水平。近年来超大跨径的钢管混凝土拱桥在山岭重丘越来越获得推广与实践，然而随着钢管混凝土拱桥的飞速发展，日照、水化热等梯度温度对拱肋的影响却日渐显著，因此本文针对日照辐射与水化热两大主要梯度温度荷载对钢管混凝土拱肋的效应影响展开了以下几方面的研究：　　1.依托四川省犍为岷江特大桥实际工程，采用试验实测与有限元模拟相结合的方法开展了钢管混凝土拱肋梯度温度及应力分析，揭示了西南地区的钢管混凝土拱肋在日照影响下其截面梯度温度沿直径D方向的分布规律和钢管—混凝土界面接触应力在空间上的分布模式，并给出了径向梯度温度计算公式以及特征参数取值。研究发现在沿径向40cm范围内的温度分布呈现指数分布的规律，距钢管表面40cm以外部分采用幂函数描述梯度温度计算模式；钢管—混凝土界面应力在1天内呈现“拉—压”交变现象，在14:00-15:00拉应力峰值高达0.8MPa，因此，在设计与施工过程中采取适当措施以实现管内混凝土产生超过0.8MPa的膨胀压应力，以避免管内混凝土出现粘结脱空现象。　　2.以犍为岷江特大桥桥址同管径的钢管混凝土拱段为研究对象，进行了水化热—日照耦合作用下截面温度场、接触应力及间隙的梯度分布规律，分析了不同温度荷载下截面梯度温度分布特征，探究了在时间和空间两种维度下截面温度场受到的水化热与日照作用两者间的竞争关系。研究发现选择在晚上20点浇筑时可以较大程度地减轻混凝土初凝放热阶段日照作用对结构的影响；在水化前3天，水化作用大于日照辐射作用，在第3天之后日照辐射作用强于水化作用，且在第8天水化作用基本消失；在核心以半径为3/20D的圆形混凝土区域内水化热作用大于日照作用，在3/20D到3/10D范围的圆环内，水化放热作用与太阳辐射作用相当，在靠近钢管1/5D的圆环主要受到外界太阳辐射作用。　　3.基于有效的温度场分析模型，开展了钢管混凝土拱肋梯度温度场的参数敏感性分析。针对日照温度场敏感性分析，发现气象参数尤其太阳辐射吸收率影响较大而材料热工性能影响较小；针对水化热—日照耦合温度场敏感性分析，讨论了管径、风速的影响，并得出结论当钢管直径大于1.4m时，表现为显著的大体积混凝土水化热现象；当风速大于3m/s时，其对截面温度场几乎没有影响。　　4.通过Midas/Civil分析了某600m级钢管混凝土拱肋悬臂吊装过程中的日照梯度温度效应，得出结论：日照梯度温度作用下，悬臂段受日照影响产生的各方向位移最大；在吊装过程中假设左右完全对称施工，则由于日照作用会导致拱肋伸长近40cm而导致合龙时预留长度不够，且横向偏位超出规范允许值的2倍多，竖向上拱也超出规范值近一倍；另外，研究了日照梯度温度下空钢管、浇筑下弦管、全部浇筑完成的三个阶段下日照温度作用对拱肋的位移、内力及应力的情况，得出结论：空钢管时受日照梯度温度影响最大，因此，在施工过程中钢管拱肋架设完成后应及时进行管内混凝土灌注工作；同时在灌注下弦管时，未灌注混凝土的上弦管拱顶位置在日照作用下会产生较大的拉力作用，应引起重视。
作者：	张亚丽
专业：	建筑与土木工程
导师：	郭增伟
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022