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原文传递大跨度钢管混凝土拱桥空间温度场及温度效应研究

论文题名：	大跨度钢管混凝土拱桥空间温度场及温度效应研究
关键词：	大跨度钢管混凝土拱桥;温度场;温度效应;高寒地区
摘要：	随着“交通强国”国家战略的实施，我国交通基础设施建设向西部山区纵深发展，大跨度钢管混凝土拱桥拱桥因其结构刚度大、经济性好、山区适应性强等显著优势，成为交通路网跨越山地、峡谷的重要桥型之一。钢管混凝土拱桥是内部高次超静定结构，温度的改变必然会导致结构产生附加力，改变结构的受力状态，从而引起内力重分布。尤其是大跨度钢管混凝土拱桥，由于自重大，温度效应更加显著。因此，大跨度钢管混凝土拱桥空间温度场及温度效应问题，是其建设与运营阶段值得关注的重要科学和技术问题。特别是高寒地区，日照辐射强、昼夜温差大，结构施工周期长，所经历的温度作用具有量值大、变化频繁、规律复杂等特点，现行规范对其不具有适用性，此类拱桥在高寒地区的建设缺少重要的参考依据。因此本文以高寒山区的大跨径钢管混凝土拱桥为主要研究对象，开展了大跨径钢管混凝土拱桥的水化热温度场、日照温度场以及对应的温度效应研究，主要研究内容及结论如下：　　（1）根据桥梁结构与外界环境的热交换理论，建立了有限元计算模型，采用既有文献已有的参数设置，并通过对比计算分析得出的温度场结果与既有文献温度场试验数据，验证了基于ANSYS热结构分析方法的可行性，证明了运用ANSYS热结构分析方法来分析钢管混凝土日照作用问题是有效可行的。　　（2）为了得到日照作用下钢管混凝土截面温度场分布特征以及判断基于ANSYS热结构分析方法的可靠性，开展了钢管混凝土构件日照温度场试验研究。试验结果表明，在日照作用的影响下，截面温度场呈现出明显的非线性分布特征。同时可以发现各测点均呈正弦规律变化，且越往混凝土中心靠近，温度变化相比于气温而言越滞后。基于ANSYS热结构分析方法构建了与之对应的实体有限元模型，并且将有限元计算结果与试验实测值进行了对比，发现结果符合较好，进一步验证了基于ANSYS热结构分析方法的可靠性。　　（3）以实际工程为依托，对桥址所在地区近五年的气象资料进行了调研，并且对夏、冬两季的水化热温度场和日照温度进行了对比分析。在此基础上，考虑了直径、壁厚、涂层颜色、风速以及倾角等五个因素，对依托工程的拱顶段钢管混凝土截面水化热温度场和日照温度场进行了敏感性分析，揭示直径、壁厚、涂层颜色、风速以及倾角变化对钢管混凝土截面水化热温度场和日照温度场的变化规律。计算获取了不同区域环境特征下的梯度温度和不同区域环境特征下的梯度温度分布曲线。对比分析表明，现有规范不适用于辐射大、温差大的特殊地区。　　（4）以西藏加查地区的一座桁架圆形钢管混凝土拱桥作为高原地区拱桥代表，根据该地区的气候特点以及施工节段的划分，得出不同尺寸大小、不同空间位置的节段截面温度场，以此绘制出全桥的纵向温度场，然后结合本文计算得出的最不利温度梯度模式，分析该桥灌注及在役期间的温度效应。研究表明灌注期间混凝土中心纵向温度场分布会在变截面处产生突变，说明直径的改变对管内混凝土温度影响很大，在役期间钢管顶点和混凝土中心越靠近拱顶温度越高，混凝土中心较钢管顶点上升缓慢，温差也就越大，拱顶处温差最大；灌注期间与在役期间的温度作用对拱肋的影响均较大。
作者：	苑钰林
专业：	建筑与土木工程
导师：	杨先一;周建庭
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022