大跨度悬索桥温度场现场监测与数值分析

发布时间：2017-07-13 14:26

  本文关键词：大跨度悬索桥温度场现场监测与数值分析

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【摘要】：温度是对桥梁不利的主要环境因素之一。桥梁受外部气候环境的影响,结构温度和温度分布不断变化,明显影响桥梁结构的静、动力特性,改变结构受力状态,导致病害并累积,使得桥梁承载能力下降,从而安全性得不到保障,使用寿命降低,甚至诱发重大坍塌事故。本文以大跨度悬索桥为研究对象,基于前人在结构健康监测系统收集到的长期数据,采用有限元数值分析方法,对这类大跨度箱型钢梁悬索桥进行温度分析,主要内容如下:(1)在实测数据的基础上,研究桥梁跨中位置实测的温度、风速、风向数据与距离桥址位置最近的气象监测站记录的数据之间的关系;同时研究各测点温度及截面横、竖向温差的统计变化规律。结果表明,在没有实测数据的情况下,采用桥址附近气象站的数据进行桥梁温度效应分析具有一定的可行性。(2)分析温度对悬索桥静、动力结构响应(如桥梁跨中位移、桥面倾斜率、自振频率、阻尼比等)的影响,并进行了相关性分析,为结构健康监测方案的设计和桥梁温度效应分析提供了参考。(3)采用ANSYS软件建立钢箱梁结构的有限元分析模型,根据外界环境参数得到第三类热边界条件,计算箱梁在太阳辐射作用下的时变温度场,计算结果通过与实测温度数据比较,验证了文中采用的有限元计算方法是正确可行的,并对桥塔各组成部分的时变温度场进行了研究分析。(4)基于结构温度场计算结果,对箱梁截面横、竖向温差的最不利情况及其温度梯度模式进行了分析。研究表明,具有倾斜上腹板的钢箱梁,产生较大的竖向和横向温差。竖向温差梯度模式并不符合相关规范推荐的模式,而横向最不利温差模式呈现“三阶梯”的特征。(5)结合有关学者试验,首先验证了数值分析方法应用于悬索桥缆索结构的有效性;然后对主缆和吊索在不同条件下的温度场进行了计算和对比,结果表明主缆的外保护层构造,有利于减缓温度效应,PE保护层与灌浆套筒防护对吊索温度的影响基本相同。
【关键词】：大跨悬索桥 结构温度场 现场长期监测 数值分析
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U446;U448.25
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 课题背景与意义12-13
• 1.2 桥梁温度效应研究进展13-17
• 1.2.1 国外桥梁温度效应研究进展14
• 1.2.2 国内桥梁温度效应研究进展14-15
• 1.2.3 温度对桥梁结构性能的影响15-17
• 1.3 桥梁结构温度荷载17-21
• 1.3.1 理论计算方法17-18
• 1.3.2 数值分析方法18-20
• 1.3.3 现场实测方法20-21
• 1.4 本文研究内容与项目资助21-22
• 1.4.1 主要研究内容21
• 1.4.2 项目资助21-22
• 第二章 桥梁结构的热分析计算方法22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 结构传热分析基本理论22-26
• 2.2.1 传热基本定律23-24
• 2.2.2 热传导微分方程24-25
• 2.2.3 导热问题的定解条件25-26
• 2.3 桥梁热辐射26-32
• 2.3.1 相关天文参数27-29
• 2.3.2 太阳直接辐射29-30
• 2.3.3 天空散射和地面反射30
• 2.3.4 大气逆辐射、地表辐射以及结构辐射30-31
• 2.3.5 壁面总辐射31-32
• 2.4 计算参数的确定32-36
• 2.4.1 导热系数和比热33
• 2.4.2 热膨胀系数33-34
• 2.4.3 太阳辐射吸收系数34
• 2.4.4 辐射发射率34
• 2.4.5 综合换热系数34-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第三章 桥梁温度现场监测与分析37-62
• 3.1 引言37
• 3.2 桥梁监测系统介绍37-40
• 3.3 气候监测数据分析40-43
• 3.3.1 大气温度40-42
• 3.3.2 风速和风向42-43
• 3.4 结构监测温度分析43-50
• 3.4.1 测点温度的变化规律43-45
• 3.4.2 测点温度的分布特点45-46
• 3.4.3 箱型梁截面温差分析46-49
• 3.4.4 桥梁有效温度与大气温度49-50
• 3.5 结构温度效应分析50-60
• 3.5.1 桥梁位移50-51
• 3.5.2 倾斜率51-53
• 3.5.3 引伸计53-54
• 3.5.4 自振频率54-58
• 3.5.5 阻尼58-60
• 3.6 本章小结60-62
• 第四章 桥梁温度场有限元计算62-85
• 4.1 温度场有限元分析62-66
• 4.1.1 有限元分析的基本假定63
• 4.1.2 有限元模型的建立63-64
• 4.1.3 定解条件的施加64-65
• 4.1.4 求解及后处理65-66
• 4.2 箱型梁截面温度计算与分析66-75
• 4.2.1 温度场日变化66-68
• 4.2.2 测点温度实测值与计算值对比68-70
• 4.2.3 竖向温差70-72
• 4.2.4 横向温差72-75
• 4.3 桥塔结构温度场计算75-84
• 4.3.1 上部横梁75-77
• 4.3.2 底部横梁77-79
• 4.3.3 塔柱79-81
• 4.3.4 桥墩81-84
• 4.4 本章小结84-85
• 第五章 悬索桥缆索结构温度分析85-109
• 5.1 主缆热工参数85-86
• 5.2 主缆温度场的有限元分析方法86-93
• 5.2.1 工程背景87
• 5.2.2 主缆温度场计算87-88
• 5.2.3 主缆日温度变化88-91
• 5.2.4 主缆有效温度91-93
• 5.3 悬索桥主缆温度场分析93-98
• 5.3.1 主缆施工阶段温度场分析93-94
• 5.3.2 主缆运营阶段温度场分析94-98
• 5.3.3 施工、运营阶段温度对比98
• 5.4 主缆有效温度的参数化分析98-102
• 5.4.1 方位角99-100
• 5.4.2 气温变化幅值100-101
• 5.4.3 主缆直径101-102
• 5.5 吊索的温度场分析102-107
• 5.5.1 PE保护层吊索102-105
• 5.5.2 灌浆套筒吊索105-107
• 5.6 本章小结107-109
• 结论与展望109-111
• 结论109-110
• 展望110-111
• 参考文献111-117
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果117-118
• 致谢118-119
• 答辩委员会对论文的评定意见119

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：537292