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《混凝土箱梁橋日照溫度應力分析研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、混凝土箱梁橋日照溫度應力分析研究：日照溫差對混凝土橋梁的影響計算很復雜也很重要，置于外界環(huán)境中的橋梁受到日照的影響而產生的溫度效應通常難以準確計算而被簡化考慮，現(xiàn)實中許多橋梁事故都被證實與溫度效應考慮不周有關。本文研究了混凝土箱梁由太陽輻射引起的溫度場和溫度應力，為了防止混凝土裂縫的發(fā)生，設計中必須重視溫度效應帶來的影響。 關鍵詞：混凝土箱梁，日照溫差，溫度應力，有限單元法 1.概述 自然環(huán)境中的混凝土結構長期受自然界氣溫的變化和日輻射等劇烈作用，加之混凝土結構物的熱傳導性能差，其周圍環(huán)境氣溫以及日輻射作用將使結構表面溫度迅速上升或降低，但結構的內部溫度仍處于原
2、來狀態(tài)，這樣就在混凝土結構中形成較大的溫度梯度，使混凝土結構的各部分處于不同溫度狀態(tài)。由此產生的溫度變形當被結構的內外約束阻礙時就會在結構中產生相當大的溫差應力。 從上世紀50年代起，國內外的學者認識到溫度應力對混凝土結構影響的重要性。開始人們認為溫度應力由年溫差引起，并且只發(fā)生在超靜定結構中。在隨后的一些橋梁事故中，研究者認識到混凝土結構內部的溫度分布是非線性的，認為溫度應力是預應力箱梁發(fā)生裂縫的主要原因[2]。另外，在溫度場模式的選取方面各國規(guī)范的規(guī)定有所不同，甚至在國內公路橋規(guī)與鐵路橋規(guī)所選取的溫度場模式也截然不同，以至于在同等條件下按兩本規(guī)范所規(guī)定的溫度場所
3、得到的計算結果會在某些控制截面上出現(xiàn)溫度應力反號的情況。這就使得在工程設計時出現(xiàn)了到底哪種溫度場才是合理的，而確定合理的溫度場是溫度應力計算的前提，尤其是對于我國西北黃土溝壑地區(qū)，太陽輻射強烈、溫度場的地區(qū)差異性顯著，空心墩的溫度場研究可循資料稀少。因此，進行太陽輻射對箱形結構的溫度效應研究具有十分重要的意義?！ ?.混凝土箱梁溫度場的熱力學分析方法 影響混凝土橋梁溫度場的外界條件主要是如太陽輻射、夜間降溫、寒流、風雨、雪等各種氣象因素。由于自然環(huán)境變化所產生的溫度荷載，一般可以分為以下三種類型：一、日照溫差荷載；二、驟然降溫溫度荷載；三、年溫度荷載。近幾十年來，國
4、內外的混凝土工程結構的實踐證明，短時急劇變化的太陽輻射引起的結構物的溫度變化，可以產生相當大的溫差應力，甚至使混凝土結構發(fā)生嚴重開裂[2]?！ ?.1混凝土橋梁結構的熱交換 混凝土結構中的溫度場，按其時間響應的性質可以分為穩(wěn)態(tài)的和瞬態(tài)的；按其材料參數對于溫度的依賴性，可分為線性和非線性的。 瞬態(tài)溫度場根據作用因素，可以分為日照溫差和寒流溫差兩種形式。本文主要從太陽輻射出發(fā)，分析混凝土箱梁截面的瞬態(tài)溫度場。由于箱梁結構與外界的熱交換和截面內的熱傳導非常復雜，一般來說箱梁截面內第i點的溫度可表示為坐標和時間的函數，即 ?。?-1） 從公式(2-1)可知，瞬態(tài)溫度場可
5、以分為兩種情況：結構不同部位不均勻溫度分布；構件的截面不均勻溫度分布。由于太陽與地球的距離非常遙遠，太陽光可以看成是平行射向地球，而且橋梁一般為狹長結構，為了分析的方便可以近似的認為橋梁縱向的溫度分布一致，這一假定已被被許多研究者及本文試驗所證實，因此本文取箱梁截面建立二維模型來進行溫度場的分析?！ 蛄航Y構表面溫度和內部溫度分布是瞬時變化的，其邊界三種主要的熱交換有： (1)吸收太陽輻射熱量和邊界的熱輻射?！ ?2)與周圍空氣的對流。 (3)內部的熱傳導?！ ⊥膺吔绲臒峤粨Q主要是對流與輻射，周圍空氣與橋梁的外邊界時刻都通過對流傳遞熱量。太陽的輻射對橋梁的影響作用
6、很大，橋梁結構白天吸收的熱量大于放出的熱量，使其溫度升高；夜晚放出的熱量大于吸收的熱量，使其溫度降低，因而溫度分布有兩個極值。置于自然環(huán)境中的混凝土箱梁與周圍環(huán)境發(fā)生的熱交換見圖2-1所示?！ ≡谶M行熱分析前，必須知道箱梁截面的幾何尺寸、混凝土的熱工參數以及太陽輻射強度等。我們從氣象部門可以得到水平面上的太陽直射通量和散射通量，傾斜面上的輻射通量則根據其與水平面的幾何關系來求出。 圖2-1箱梁熱交換示意圖 2.2溫度場問題的基本方程和邊值條件 2.2.1理論基礎 2.2.1.1基本概念 溫度在時間域和空間域中的分布，稱為溫度場?！ ≡谌我凰矔r，連接場
7、內相同溫度值的各點，就得到此時刻的等溫面。沿等溫面切向，溫度不變;而垂直于等溫面的法向，溫度變化率最大。表示一點最大增溫率的矢量，稱為溫度梯度，即 （2-2） 式中，n0──單位矢量，沿等溫面的法線指向增溫方向。 在單位時間內通過單位面積的熱量，稱為熱流密度（國際單位制中單位為CS.MARC、ADINA等，這些軟件通常有二次開發(fā)的能力，能滿足不同用戶的不同要求?！ ∮邢迒卧ń馑矐B(tài)溫度場的實質是將空間域離散為有限個單元體，并在單元體的指定點設置節(jié)點，使相鄰單元的有關參數具有一定的連續(xù)性，并構成一個單元的集合體以代替原來的結構。選擇單元溫度插值函
