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原文传递铁路桥墩温度效应有限元分析

论文题名：	铁路桥墩温度效应有限元分析
关键词：	铁路桥墩;水化热;日照;寒潮;温度效应;有限元分析
摘要：	桥梁从施工阶段到运营阶段,由于水化放热和暴露在自然环境中,都不可避免得要受到周围环境气温以及日照、寒潮等因素的影响而产生温度效应,但因其不能准确计算而被简化考虑。随着科学和技术的发展,越来越多的桥梁开裂甚至坍塌的事故被证实与温度效应考虑不周全有关。目前国内外对箱形主梁的温度效应做了深入研究,但是对于铁路桥墩温度效应的研究相对较少。因此,对铁路空心墩的温度效应进行深入、细致的研究是必要的。本文以襄渝线牛角坪双线特大桥科学研究和试验验证这一科研课题为背景,对水化热、日照和寒潮作用对桥墩的影响做了具体分析,并与试验进行对比。在本文的研究中主要内容和结论如下:(1)利用温度场反算热力学参数。(2)根据热传导有限单元法原理,运用有限元软件ANSYS建立三维分析模型,将计算结果与试验结果进行对比分析,并进行温度应力分析,得到温度场分布特点以及温度应力发展规律,并提出防止开裂的措施。(3)运用ANSYS有限元程序,对试验过程中的分层浇筑,间歇时间,拆模时间等影响混凝土内外温差的各种参数进行系统研究,得出相关结论,为施工安排提供一定参考。(4)根据试验采用有限元分析程序,进行日照作用下桥墩的温度场和温度应力分析,并与实验结果进行对比。根据温度应力计算理论,采用解析方法进行计算,并与有限元计算结果进行对比分析,得到温度场分布特点以及温度应力发展规律。(5)对不同壁厚的桥墩模型进行分析得出不同壁厚的桥墩的温度场以及温度应力分布特点:沿壁板厚度方向温度分布不均匀,一般沿壁厚方向的温差分布为一指数曲线;随着壁厚的增加,内外温差以及外壁的压应力也有所增大;同时由于通气孔的存在,内壁表面温度反而比靠近墩壁内侧的温度高,因而内壁拉应力并非最大,甚至有时为压应力。(6)结合《铁路桥涵设计基本规范》的规定,运用ANSYS高级分析中的优化设计对通气孔的直径、布置进行优化设计,得到最优方案:通气孔直径0.20-0.30m,交错布置,间距4.5-5m,为设计施工提供一定的参考。(7)根据内部加热的逆向试验方法来模拟寒潮,运用ANSYS进行试验模拟,并采用经验公式进行计算,对比分析,得出西南地区寒潮发生时造成混凝土外表面开裂的大致温度为20℃。同时,模拟施工期间寒潮发生的情况,可以看出由于施工期间混凝土处于早龄期状态其极限抗拉强度低,若发生寒潮,加大了表面开裂的可能性。
作者：	赵亮
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张亮亮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文