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桥梁箱体结构自调温固液相变材料研究
| 论文题名： | 桥梁箱体结构自调温固液相变材料研究 |
| 关键词： | 混凝土桥;箱体结构;固液相变材料;温差应力;热能转化 |
| 摘要： | 近年来，随着我国交通事业的迅速发展，混凝土箱体结构包括桥梁结构在内的土木工程中得到了广泛的应用。但作为最常用的建筑材料，由于其自身材料性质的限制，混凝土的导热性并不是十分良好，特别是在日照荷载作用下，箱体截面内、外侧常常会产生较不利的温度场及较大的温度梯度，从而会导致产生温差应力。而混凝土结构的抗拉强度仅有2-3Mpa，因此混凝土箱体结构经常会存在由温度裂缝所引起的结构“损伤”，严重时将会对桥梁结构造成重大安全隐患，影响其使用寿命，造成巨大的经济损失。 目前，在实际工程中对于控制温度裂缝的措施主要从原材料的选择、混凝土配合比的优化等方面入手，但总而言之，大多数方法都存在工艺复杂、工程造价高、“调温”效率低、效果不明显等问题。本文在已有的相变材料及相变理论研究分析的基础上，通过理论分析、模拟试验、仿真分析，开展了桥梁箱体结构自调温固液相变材料研究与分析。主要研究内容如下: (1)在介绍桥梁箱体结构与外界的三种热交换形式的基础上，结合工程实例，分析了瞬态平面温度场的求解方程及求解方法，对箱梁边界条件（太阳辐射强度、大气温度）进行了计算和处理，并利用实测数据对相关热力学参数进行了合理反算，开展了日照温度荷载的形成及其对桥梁箱体结构的影响分析研究。 (2)通过研究相变储能稻壳灰(PCM-RHA)在混凝土温升过程中的影响规律，初步建立了相变储能稻壳灰控温混凝土的吸热温升模型和相变储能稻壳灰混凝土吸热温升估算公式。 (3)在完成相变储能稻壳灰填埋部位设计与箱梁温度场数值模拟的基础上，针对稻壳灰相变储能混凝土PCM-RHAC在实际工程中应用，提出了相变储能稻壳灰填埋部位设计理论方法及流程，分析验证了相变储能混凝土PCM-RHAC的“自调温”的作用及效果，同时针对其在实际工程中的应用进行了可行性和经济性分析。 (4)通过对比分析不同调温结构的材料、管径、形式、相变自调温材料及相应的封装办法，制定了试验方案。在此基础上，通过试验样本的制备，开展了相变储能稻壳灰与相变储能混凝土的力学、热力学参数以及稳定性、相容性等实验与分析。 本论文可为桥梁箱体结构自调温固液相变材料的后续研发提供理论和试验基础。 |
| 作者： | 王宇 |
| 专业： | 土木工程；桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 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： | 2016 |
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