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原文传递超宽桥面钢主梁系杆拱桥温度场与温度效应研究

论文题名：	超宽桥面钢主梁系杆拱桥温度场与温度效应研究
关键词：	系杆拱桥;钢主梁;温度场;温度效应
摘要：	近年来，城市拱桥在满足承载能力前提下更多地考虑造型优美的设计，希望展现城市风采。钢材由于其抗弯性能良好、自重较小且可塑性强，被广泛应用于城市拱桥中。但钢材也有不足之处，其中一点就是钢材易受温度影响。太阳辐射下钢桥腹板竖向会产生较大的温度梯度，从而使结构产生设计之外的温度应力与位移，对施工过程中的线形、标高控制影响显著。加上每个地区的天气状况不同，桥梁结构形式和桥址情况也存在很大差异，这就需要对钢主梁桥受太阳辐射下的温度效应进行系统性的分析，进而更好地对施工中的钢结构桥进行施工监控。　　（1）本文以东莞两座距离相近的下承式钢主梁系杆拱桥为工程背景，在现场对两座桥梁进行了为期九个月的温度监测。通过监测数据，分析了叠合钢梁与整体式钢箱梁在受到相同太阳辐射作用下的温度响应，对比两者的异同之处，得到了太阳辐射下不同结构形式的钢主梁温度场分布规律。　　（2）根据传热学理论及测量数据，分析计算太阳辐射下背景工程桥梁的钢主梁热传递边界条件。其中包括太阳直接辐射、太阳散射辐射、风速大小、综合换热系数等参数。采用ANSYS APDL参数化设计语言，建立钢主梁节段模型（6m节段）。查阅相关资料，在6m节段有限元模型中施加边界条件，通过计算得到钢主梁模型不同时刻下的温度场分布情况。分析有限元模拟桥梁温度场的分布情况，并与实测数据进行对比，验证了有限元模拟钢箱梁温度场的准确性和可行性。　　（3）通过建立七号桥节段模型，分析40m宽度桥面在受到太阳辐射作用下，同一横截面不同箱室之间的温度场差异，由此得出钢桥面宽度对温度分布的影响程度。结果显示，对于横桥向箱室构造相似的纵横梁格体系钢主梁桥，其温度场沿横桥向的分布与桥面宽度关系不大，设计时可忽略横桥向的温度梯度。　　（4）建立全桥有限元模型，在模型上施加已验证可行的边界条件，并按照图纸要求对桥梁进行结构边界条件的施加，计算全桥在夏季某日太阳辐射下的温度应力与位移的响应。通过计算可以看出，温度效应对钢主梁的影响很大，其造成结构的竖向位移大小最大达到58mm，达到恒载作用的三分之二。　　（5）参考各国关于温度梯度的规范，根据实测温度梯度数据，提出适用于珠三角地区的温度梯度计算模式，该模式结合我国铁路规范及英国BS-5400规范，更契合珠三角地区钢主梁结构腹板的温度梯度计算。　　（6）为进一步探讨影响钢结构桥梁温度场的因素，通过改变有限元模型的边界条件，对风速、太阳辐射吸收率、材料比热容以及钢箱梁内部通风条件等因素进行了敏感性分析。结果表明除了比热容是次要因素外，其余几个变量都对钢结构的温度影响很大。因此在设计时要考虑结构的温度效应，进行主梁合龙、张拉吊杆等工序时应规避高温天气，选择在早上10点前或者下午5点后再进行。
作者：	黄学彬
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	黄永辉
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023