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原文传递钢-混组合连续箱梁桥温度场及温度作用研究

论文题名：	钢-混组合连续箱梁桥温度场及温度作用研究
关键词：	钢-混凝土组合梁;温度场;温度应力;沥青摊铺;日照条件
摘要：	钢-混凝土组合连续梁桥是—种结构性能优良的新型桥梁。因此，它在国内外已有不少的研究和应用。总结国内外研究现状可见，当前研究较多集中在剪力连接件、承载力和刚度计算以及结构构造措施，而对于温度作用的研究还很少。因此，本文结合润扬大桥南接线工程项目，开展了钢-混凝土组合连续梁桥温度场及温度作用研究。　　温度对桥梁的作用通常主要是由日照和沥青摊铺等因素引起的，当然，还有低温寒潮的作用。日照是经常发生的，具有周期性；而沥青摊铺作用是短期的。这两种因素往往是联合影响的，同时温度作用与桥梁上的车辆荷载作用也是迭加的。因此，本文研究了日照和沥青摊铺作用的温度场，开展了工程实测、温度作用的分析计算以及在桥梁设计中应用研究，并提出了有关建议。主要内容摘要如下：　　 1、实桥温度场的测试　　论文介绍了实桥日照和沥青摊铺条件下温度场的测试，于2004年9月中进行了日照温度数据的采集，2004年10月20日和10月21日进行了沥青下面层和上面层高温摊铺时的温度数据采集。通过对有关数据的整理和分析，总结了实测温度场的特点和边界条件的处理事项。　　 2、温度场理论计算方法的探讨和日照温度场对比分析　　在分析了桥梁结构传热特点的基础上，推导了任意角度截面太阳辐射强度和翼缘板悬挑部分在腹板上投影长度的计算公式，探讨了考虑对流、太阳辐射和桥梁表面辐射换热瞬态温度场的求解方法和过程。　　为了校准理论计算模型的准确性，以实测数据为基础，通过建立有限元数值模型，进行了瞬态综合边界条件的温度场数值模拟计算。经对比分析，验证了理论分析的准确性和可靠性，为进行更广泛的理论分析，奠定了基础。　　 3、最不利日照温度场判定方法的研究　　从影响日照温度场的边界条件出发，确定了太阳辐射强度、大气温度的时变化模式，探讨了钢箱内空气温度变化规律，分别针对钢箱和密闭箱上方桥面板提出了密闭箱内空气温度及对流换热模式。在此基础上，进行了连续多天的结构温度场计算，结合温度场对结构的作用，分析了结构上、下缘应力特点，确定了最不利日照温度场的判定原则和方法。对于连续梁结构而言，本文所研究的温度作用为竖向正温差作用，其对跨中附近截面受力是不利的，对墩顶负弯矩区是有利的，因而文中对负弯矩区的温度作用未作专门研究。　　通过计算分析发现，在夏季连续多天晴朗、微风条件下，当结构温度场达到动态周期性变化时，结构日照温度场将产生最不利影响；由温度引起的上缘压应力在上表面温度接近最大值时达到最大，而下缘拉应力可以ψ（温度自由变形所引起的截面变形曲率）达到最大时作为最不利情况的判断条件；上、下缘最大温度应力出现的时间不同步，不能仅以上缘达到最高表面温度作为最不利温度场的判定条件。　　 4、日照温度场影响因素分析　　论文从桥位处纬度、大气浑浊度、大气温度、环境风速、材料的表面太阳辐射吸收系数、导热系数、结构的截面型式以及沥青铺装的厚度等方面，讨论了各因素对最不利日照温度场的影响。发现，由于沥青表面太阳辐射吸收系数比水泥混凝土的要大不少，因此5cm厚沥青铺装下温度作用比无沥青铺装的要略大，而10cm厚沥青铺装情况下温度作用比无沥青铺装的略小，但该情况与现行规范规定有较大的背离。　　由于本文旨在得出钢-混凝土组合梁结构的最不利日照温度模式，因此通过对各种影响因素的比较，提出了水泥混凝土铺装和厚度分别为5cm和10cm的沥青铺装下的最不利日照温度曲线，并按以直代曲和温度场作用等效的原则，将实际曲线型最不利温度曲线简化为多折线温度梯度，这些温度梯度模式将上、下缘最不利温度应力计算的温度场揉合在一起，便于计算使用。　　 5、沥青摊铺温度场及温度作用的分析研究　　由于沥青高温摊铺所引起的温度场在时间和空间上动态变化，研究中为简化计算，先后从三维计算模型、纵向平面模型和横向平面模型探讨了沥青高温摊铺时温度场的计算方法，并最终确定了从全桥取出若干截面，用横向平面模型来进行温度场计算的方法，以反映出全桥的温度场情况。在此基础上，对实桥进行理论分析并与实测结果进行验证。　　论文还从摊铺时间、季节、桥位纬度、自然环境条件、沥青摊铺厚度和摊铺温度等方面讨论沥青高温摊铺和日照的综合温度场情况。最后，提出了沥青摊铺阶段温度应力计算的分段简化方法，通过计算分析，掌握了各因素对桥梁结构温度作用的影响情况。　　 6、沥青摊铺期间温度作用与其它可变荷载的组合分析　　在摊铺过程中，纵向不同截面的温度分布各不相同，为此在掌握各截面的温度场特点和温度作用原理的基础上，细化了简化分段处理计算方法，将温度作用与摊铺机械作用进行最不利工况组合，并与规范标准作用组合情况进行了对比，提出了合理化建议。探讨了沥青摊铺之后不同气象条件和日辐射总量情况下（当采用自然冷却时），沥青摊铺阶段温度作用不超过本文推荐最不利日照温差作用所需要的时间。
作者：	陈晓强
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	吕志涛
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文