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原文传递单箱三室混凝土箱梁水化热及太阳辐射温度效应

论文题名：	单箱三室混凝土箱梁水化热及太阳辐射温度效应
关键词：	大跨桥梁;单箱三室箱梁;水化热;太阳辐射;温度效应
摘要：	为满足对桥梁跨度和桥面宽度的需求，越来越多的大跨桥梁出现在我们的视野，单箱三室箱梁以其优良的特性，经常作为斜拉桥、悬索桥的主梁出现。单箱三室箱梁由于截面尺寸大于一般的单箱单室箱梁，在水化热、太阳辐射等作用的影响下，截面内容易产生较大的温差，致使单箱三室箱梁在早龄期和服役期发生开裂，严重危害桥梁的使用寿命。众多学者针对单箱单室箱梁水化热及太阳辐射温度效应开展了大量研究工作，但对于单箱三室箱梁的研究较少，对于单箱三室混凝土箱梁水化热及太阳辐射温度效应缺乏清晰认识。因此，充分研究单箱三室箱梁水化热及太阳辐射作用下温度分布规律，阐明各因素对单箱三室箱梁水化热及太阳辐射作用的影响，提出行之有效的工程解决方法显得尤为重要。　　本文围绕单箱三室混凝土箱梁水化热及太阳辐射温度效应，采用模型试验、数值模拟和工程验证等综合研究方法，开展系统研究工作，取得如下成果: 　　(1)开展了单箱三室箱梁的点阵式温度场模型试验研究，揭示了水化热作用下截面温度分布规律，提出了单箱三室箱梁水化热竖向温度梯度的时空预测模型，揭示了中腹板和边腹板的水化热温度梯度发展规律。　　(2)研究了单箱三室箱梁的水化热作用、太阳辐射作用、大气对流作用的影响。太阳辐射对箱梁顶板的影响很大，太阳辐射引起的最大温升占水化热总温升的29.8％。此时顶板的水化热作用、太阳辐射作用与大气对流作用之比为3.3∶1∶-2.7。　　(3)提出了考虑水泥用量、大气温度、入模温度、土工布厚度、腹板厚度和风速的边腹板与中腹板水化热最大竖向温度梯度计算模型。与入模温度35℃且无土工布覆盖的工况相比，使用入模温度为15℃且覆盖8mm土工布时，水化热最大竖向温度梯度可降低至24.7％，为单箱三室箱梁早龄期的现场施工提供了参考。　　(4)建立了考虑任一时刻的大气温度、太阳辐射和风速的单箱三室箱梁太阳辐射作用下的温度预测方程。以往的研究使用单日最大温差、单日太阳辐射总量和平均风速的进行计算。与以往的研究相比，本文提出的预测模型决定系数更高。　　(5)提出了夏季和冬季中腹板和边腹板太阳辐射作用下不同的竖向温度梯度公式。中腹板在夏季和冬季的竖向温度梯度分布形状相同，而边腹板在夏季和冬季的竖向温度梯度分布形状不同。　　(6)提出了向阳侧边腹板的横向温度梯度计算公式，考虑98％超越概率的横向温差为19.49℃，大于欧洲标准的推荐值(15℃)。顶板和底板的横向温度梯度分布都呈U型分布。提出的竖向温度梯度和横向温度梯度均与王家河特大桥的测试结果吻合良好。　　(7)统计了全国34座主要城市的大气温度、风速和太阳辐射结果。所研究的34个城市中，共有17个城市单箱三室箱梁边腹板的竖向温度梯度超过中国规范规定值(25℃)。将中国划分为四个区域，针对边腹板和中腹板提出考虑98％上限值的不同竖向温度梯度建议值，为中国规范关于单箱三室箱梁温度作用的完善提供参考。　　本文主要的创新工作:(1)首次提出考虑任一时刻的大气温度、太阳辐射和风速的单箱三室箱梁太阳辐射作用下的温度预测模型，本文提出的预测模型决定系数更高。(2)首次提出太阳辐射影响下夏季和冬季中腹板和边腹板的不同竖向温度梯度预测模型与顶板和底板U型横向温度梯度预测模型。(3)研究了季节差异和遮阴长度对向阳侧边腹板横向温度梯度的影响，首次提出向阳侧边腹板冬季的横向温度梯度计算公式，提出了考虑大气温度、风速和太阳辐射98％上限值的向阳侧边腹板横向温度梯度建议值。
作者：	刘金义
专业：	建筑与土木工程
导师：	张峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2022