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混凝土箱形梁桥温度场及其温度-变形效应研究
| 论文题名： | 混凝土箱形梁桥温度场及其温度-变形效应研究 |
| 关键词： | 预应力混凝土箱梁桥;健康监测;温度场;变形效应 |
| 摘要： | 近年来，预应力混凝土箱梁桥在高速公路、高速铁路及城市立交桥中广泛应用，其全寿命周期内的结构安全问题也得到了大量关注。科研工作者在对桥梁病害的调查研究中发现，温度场及温度效应与桥梁裂缝的形成发展、钢筋锈蚀、桥梁下挠、结构变形有着密切关系。箱梁桥体型庞大且混凝土材料的热传导性能差，长期暴露在自然环境中受到太阳辐射和寒流降温的影响，存在箱梁桥外部温度剧烈变化而箱梁内部温度几乎没有变化的情况，从而诱发结构变形。若这种由温度热胀冷缩产生的变形受到箱梁内、外部的阻碍，则会产生相当大的温度应力。 本文以盐城市通榆河大桥为工程研究背景，采用理论研究、现场试验与数值模拟相结合的分析方法，对混凝土箱形梁桥的温度场及温度-变形效应进行研究，主要内容如下： （1）对混凝土箱形梁桥的热分析基本理论进行阐述和研究，结合江苏省盐城市气象资料，初步确定了通榆河大桥温度场理论计算方法，并运用该方法计算了箱梁桥行车道面、腹板、底板的温度数据值。用计算值拟合得到箱梁的理论竖向温度梯度曲线，将规范提供的竖向温度梯度与之对比。研究表明：温度在箱梁内的传导存在明显的时滞效应，箱室内外存在较大温差；盐城市箱梁竖向温度梯度与规范规定存在差异。 （2）依托盐城市通榆河大桥的结构健康监测系统开展箱梁桥现场温度-应变试验，对箱梁内外温度分布规律，温度与应变、挠度之间可能存在的相关规律展开研究与分析。研究表明：应变与箱室内外温差之间皮尔逊相关系数最大达到了0.997；2021.4.25~2021.7.9桥梁跨中上拱了0.08mm，2020.4.13~2021.4.25桥梁跨中下挠0.59mm；温度变化影响桥梁上拱或下挠过程，但长期作用下，桥梁自重、车载等对桥梁下挠影响更明显。 （3）基于有限元软件ABAQUS建立了通榆河大桥的实桥模型，设计了四种不同的温度工况，进一步探究温度变化对箱梁桥横向应力、纵向应力、变形的影响以及连续升温与连续降温模式下的桥梁变形规律。研究表明：外界环境升温桥梁跨中上拱，外界环境降温桥梁跨中下挠，骤然增温与降温将对桥梁结构变形产生较大影响；在温差作用下箱梁腹板处最大正应力与顶板最大纵向拉应力均超过了混凝土的抗拉强度，容易形成腹板竖向裂缝与顶板内侧纵向裂缝；有限元模拟与实测结果吻合较好，温度误差最大为5.39℃，应变误差最大为2.57με；挠度误差最大为1.52mm。 |
| 作者： | 周正 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 杨才千 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湘潭大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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