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基于极值理论钢-混凝土组合梁桥温度场及温度效应分析
| 论文题名： | 基于极值理论钢-混凝土组合梁桥温度场及温度效应分析 |
| 关键词： | 桥梁工程;组合梁;温度场特性;极值理论;温度效应 |
| 摘要： | 钢-混组合结构桥梁兼顾钢材和混凝土两种材料的优点，同时又适合我国基础建设的国情，近年来得到了充分的发展。长期暴露于自然环境中的组合结构桥梁，受太阳辐射，环境温度变化以及寒潮等环境因素的影响，结构空间温度场不断变化，同时由于钢材和混凝土两种材料导热性能相差甚远，导致温度场分布不均匀，从而产生不均匀应力，支座位移，混凝土桥面板开裂等病害。近年来，组合梁温度场和温度效应受到了学者们广泛的关注。针对以上背景，本文展开了以下几个方面的研究： （1）开展现场温度测试试验，获取桥梁结构长期温度数据，分析桥梁结构空间温度分布规律，并对截面关键测点的日温度变化特性进行研究，引入高斯混合模型，对关键测点温度的长期变化规律进行统计分析和数值拟合。得到如下结论：混凝土板横向和钢箱梁内外侧腹板竖向存在着显著的温差梯度，计算温度效应时应分别考虑；纵桥向温度梯度较小，可以忽略纵桥向的温度变化；对于受太阳辐射强度较大的混凝土板，使用分段函数表达其日温度变化特性会更为合理；高斯混合模型（GMM）可以很好描述组合梁长期温度多峰概率分布规律，当高斯分量数为2时，拟合效果最优。 （2）基于概率极值理论与相关公式，以实际温度数值作为输入变量，对温度样本进行分析，得出基于重现期的温度荷载代表值，并根据相关系数R剔除不存在的温差组合，从而获得桥梁结构二维温差分布模型。得到如下结论：不同测点间的温度变化相对均匀，可以看作为一个稳态随机过程，进而用广义极值模型（GEV）模型进行建模分析；通过相关系数R分析相邻测点之间的温差相关性，得到4种混凝土板横向温差模型，2种钢箱梁腹板竖向温差模型。 （3）建立精细化有限元模型，分别进行热传导和热应力分析，探究不同温度梯度荷载对结构变形和应力分布的影响，并对比分析规范规定的温度梯度分布与实测温度梯度分布对结构效应的影响。得到如下结论：曲线桥梁内外侧温度效应有着很大的差别，在设计时应分别进行考虑；均匀温度作用对于结构变形影响不大，但是在跨中位置处，混凝土板外侧产生了1.62MPa的拉应力，有开裂风险；考虑横向温差的二维实测温度梯度较规范规定的一维温度梯度更为不利，不论是变形还是应力都产生了很大的增幅，应当在设计中引起重视。 |
| 作者： | 张帅帅 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 魏炜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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