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原文传递基于日照阴影识别的斜拉桥塔梁温度场精细化模拟研究

论文题名：	基于日照阴影识别的斜拉桥塔梁温度场精细化模拟研究
关键词：	斜拉桥;三维温度场;数值模拟;日照阴影识别;光线追踪技术
摘要：	桥梁结构始终暴露在大气环境中，在外部环境条件（太阳辐射、大气温度和风等因素）的作用下，结构各表面间会产生温差，包括由阴影遮挡效应导致的各外表面之间的整体温差以及内、外表面在壁厚方向上存在的局部温差，从而在结构内部形成不均匀温度场。忽略结构在高度方向上的温差，采用二维分析方法进行温度场计算，无法准确考虑阴影遮挡带来的影响，得到的计算结果显然无法反映结构的真实温度场。目前各国桥梁规范中对于温度梯度的规定多集中在主梁上且不同规范间差异较大，而对于桥塔温度场的相关规定也较少涉及；关于桥塔的温度梯度分布情况，大多按照其他类似工程的梯度模式进行考虑，与实际结构可能存在较大差异。因此，对日照作用下索塔及主梁结构的温度场进行精确计算，并在此基础上对其温度场分布规律进行探索，对于桥梁结构在施工和运营阶段的温度效应分析均具有重要意义。　　本文针对斜拉桥混凝土主梁及索塔的温度场展开研究，开展了参数模型验证、日照阴影识别算法研究、软件开发、斜拉桥混凝土主梁及索塔温度场分析等工作，现将取得的相关研究成果总结如下：　　（1）通过文献调研确定了合理的材料参数和热力学边界参数，并根据参考文献中的实测数据对采用的日气温模型和太阳辐射模型的准确性进行了验证，为桥梁结构日照温度场的精细化模拟奠定了基础。　　（2）基于光线追踪技术，实现了日照阴影实时识别，并通过对Abaqus有限元软件进行二次开发，最终形成了一套考虑日照阴影影响的桥梁结构三维温度场精细化模拟方法，并通过实测数据加以验证。　　（3）通过将三维日照温度场算法进行改进并结合Abaqus软件结果后处理程序中的云图自定义功能，成功实现了对日照阴影识别结果的呈现，便于对结构不同表面上的阴影遮挡情况进行分析。　　（4）采用开发的三维温度场精细化模拟方法，对混凝土桥梁结构温度场计算的参数敏感性进行了分析。结果表明，太阳辐射吸收系数对温度计算结果的影响最大，风速变化的影响次之，结构表面的长波辐射吸收率变化对温度场计算结果带来的影响最小。　　（5）以某斜拉桥的混凝土箱梁及其桥塔作为算例，对混凝土塔、梁温度场的分布规律进行了探索；基于温度场分析结果，对斜拉桥混凝土塔、梁的温度梯度分布模式提出了建议。　　（6）在实现了对桥梁结构温度场精细化模拟的基础上，对混凝土桥塔的温度效应进行了分析；并针对混凝土桥塔在施工期间的线形提出了基于动态区间历史数据的线形预测方法，量化分析结果表明，在一个月内，由于太阳辐射强度变化导致的月初和月末塔顶偏位的相对变化量较小。
作者：	邹帅
专业：	土木工程;桥梁与隧道工程
导师：	张永水
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023