圆端形空心墩日照温度效应研究

发布时间：2017-05-03 12:08

  本文关键词：圆端形空心墩日照温度效应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：圆端形空心墩受日照及气温变化等因素影响,其内部温度呈非线性分布,从而产生应力,导致结构开裂,危及结构的安全性及耐久性。要研究圆端形空心墩温度应力,首先要研究其温度分布情况。目前在工程设计中一般以半经验半理论公式确定桥墩的日照温度场分布,把三维热传导问题简化为沿几个方向的一维热传导问题,该方法精度较低,并且取值缺乏实测依据。由于环境气候因素的多样性、随机性和不确定性,圆端形空心墩的温度分布是一个复杂边界条件的三维瞬态热传导问题,这就需要精度较高且以实测为依据的模拟分析方法。1973年德国学者Kehlbeck对太阳辐射、大气辐射、地表反射、结构物表面对外辐射和对流热交换、气温变化等影响混凝土桥梁结构温度分布的各种因素进行了深入分析,建立了求解混凝土桥梁结构温度问题的较为全面的边界条件模型。由于该模型比较复杂,1983年Elbadry在对箱梁的日照温度分析研究中对此模型进行了简化,使其更适于工程应用,此后该模型被后来的众多学者在桥梁结构温度分布的数值计算中所采纳或借鉴。然而,由于空心桥墩与箱梁的壁面朝向并不相同,用相同的简化模型必然会产生误差。本文以某圆端形空心桥墩为研究对象,结合温度场实测与理论模拟两种方法研究其温度分布规律。通过以一年为周期的现场实测数据收集,分析总结了其温度变化及分布规律。利用Kehlbeck提出的理论模型,结合空心墩的壁面朝向与气象数据,修正了Elbadry所提出的简化公式,建立了圆端形空心墩在日照及日温变化影响下温度分布的分析模型。根据该模型,结合实测温度数据,确定了圆端形空心墩日照热分析边界条件,利用有限元分析软件ANSYS计算了其在日照及日气温变化影响下的温度分布,并与实测数据进行对比,分析结果表明,利用该方法所得到的温度分布数据可以很好地拟合实际温度分布。利用上一步的圆端形空心墩温度场计算结果,通过有限元软件ANSYS的热-结构耦合功能进一步计算其温度应力,总结了其日照温度应力分布规律。由于圆端形空心墩各壁面所接受的日照辐射强度与其朝向有关,为探究在不同的桥梁走向形式下圆端形空心墩的温度及温度应力分布规律,本文共研究了四种桥梁走向下的圆端形空心墩日照温度及温度应力分布,并对比总结了其分布规律。
【关键词】：空心墩 温度模拟 温度分布 温度应力 日照辐射 有限元法
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 概论10
• 1.2 研究背景及国内外研究状况10-15
• 1.2.1 研究背景10-11
• 1.2.2 国外研究现状11-12
• 1.2.3 国内研究现状12-15
• 1.3 工程背景及主要研究内容15-17
• 1.3.1 工程背景15-16
• 1.3.2 论文主要内容16
• 1.3.3 研究方法及思路16-17
• 2 热传导基本理论17-35
• 2.1 概述17
• 2.2 导热的基本原理17-19
• 2.2.1 热传导17-18
• 2.2.2 热对流18
• 2.2.3 热辐射18-19
• 2.3 导热的基本规律19-20
• 2.3.1 傅里叶定律19
• 2.3.2 稳态传热和瞬态传热19-20
• 2.4 温度荷载的不同计算方法20-34
• 2.4.1 常见的几种温度荷载20
• 2.4.2 温度荷载的求解计算20-27
• 2.4.3 利用有限单元法求解温差应力27-34
• 2.5 本章小结34-35
• 3 圆端形空心墩现场实测温度数据整理分析35-45
• 3.1 测试截面及测线布置35
• 3.2 实测温度数据整理分析35-44
• 3.2.1 春季36-38
• 3.2.2 夏季38-40
• 3.2.3 秋季40-42
• 3.2.4 冬季42-44
• 3.3 本章小结44-45
• 4 温度分析计算参数及热边界条件45-51
• 4.1 概述45
• 4.2 热传导一般方程45-46
• 4.3 边界条件46
• 4.4 日照辐射46-49
• 4.4.1 太阳直接辐射46-48
• 4.4.2 天空散射48-49
• 4.4.3 地面短波反射49
• 4.5 热量交换49-50
• 4.5.1 对流换热49
• 4.5.2 长波换热49-50
• 4.5.3 综合换热50
• 4.6 边界条件简化公式50
• 4.7 本章小结50-51
• 5 日照温度场及温度应力有限元分析51-77
• 5.1 圆端形空心墩温度分布模拟分析51-55
• 5.1.1 ANSYS热分析简介51
• 5.1.2 日照温度分布有限元分析51-52
• 5.1.3 初始条件52
• 5.1.4 边界条件计算52
• 5.1.5 综合换热系数52-53
• 5.1.6 模型建立53
• 5.1.7 边界条件加载53-54
• 5.1.8 温度模拟分析结果54-55
• 5.2 温度模拟与实测值对比分析55-57
• 5.3 温度应力分析57-63
• 5.4 不同桥梁走向形式下圆端形空心墩日照温度效应分析63-74
• 5.4.1 东南-西北走向63-67
• 5.4.2 西南-东北走向67-71
• 5.4.3 南-北走向71-74
• 5.5 不同桥梁走向形式下圆端形空心墩温度应力对比分析74-75
• 5.6 本章小结75-77
• 6 总结与展望77-79
• 致谢79-80
• 参考文献80-83
• 攻读学位期间的研究成果83

【参考文献】

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本文编号：342979