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铁路预应力混凝土箱梁日照温度场与温度应力研究
| 论文题名： | 铁路预应力混凝土箱梁日照温度场与温度应力研究 |
| 关键词： | 混凝土箱梁;日照温度场;温度应力;有限元分析 |
| 摘要： | 桥梁结构受季节交替、温度变化以及太阳辐射等气象因素影响所引起的温致应力和变形，是桥梁结构研究领域中的重要课题。众多研究表明，在太阳照射下混凝土的温度应力可以达到甚至超过活载应力。同时，由温度作用引起的混凝土箱梁的应力和变形会直接影响到桥梁结构的安全性、耐久性和适用性。然而，混凝土箱梁的温度梯度模式因各地区气候条件不同具有明显的区域性特点，国内外规范对温度荷载的规定并不能适用于所有地区的桥梁结构，现有研究成果在实际工程中的应用也有一定的局限性。因此，有必要对混凝土箱梁日照温度场与温度应力进一步研究。 根据太阳物理学、天文学以及传热学的相关理论，建立了混凝土箱梁日照温度场分析的热边界条件，系统地分析了箱梁各部位的总热流。首次运用余弦定理证明了太阳入射角的计算公式，并基于空间几何学推导出计算腹板阴影长度的通用公式，在考虑翼缘板对腹板遮挡作用的基础上，建立了箱梁日照温度场与温度应力仿真分析的计算模型。 以沪昆客专沅江大桥为背景，通过实桥观测试验和ANSYS有限元分析两种方法来寻求桥位处真实的温度场、温度应力以及温度梯度的变化规律。这两种方法在研究过程中相辅相成，试验数据与仿真结果之间的比较反映出实桥观测值的合理性，同时也验证了仿真分析中理论值的可靠性。根据四天日照时间内的实桥观测数据，分析了箱梁周围环境温度和箱梁顶板、腹板以及底板等各部位温度的变化规律，并研究了箱梁内外表面气温差与箱梁内温度梯度之间的关系;同时，分析了箱梁翼缘板、顶板和底板的时变温度应力。随后比较了各个时刻箱梁的实测竖向温度梯度，确定了最不利温度分布发生的时间，将实测温度梯度与国内外桥梁规范中的温度梯度进行对比，发现各个规范都有一定的局限性。除此之外，着重研究了箱梁竖向最大温差随时间的变化规律，并总结归纳出能够反映沅江大桥箱梁截面的温度梯度在日照时间范围内变化规律的表达式。最后，验证了有限元计算方法的可靠性，通过有限元分析探讨了混凝土箱梁在极端情况下的温度应力是否超过限值的问题。 |
| 作者： | 叶伟 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李小珍 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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