劲性骨架钢管混凝土拱桥温度作用效应研究

发布时间：2017-08-02 16:00

  本文关键词：劲性骨架钢管混凝土拱桥温度作用效应研究

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【摘要】：特大跨度的劲性骨架钢管混凝土拱桥由于自身跨度大、刚度大,温度效应对其影响不容忽视。在日照或者寒流等温度作用下,拱圈结构容易产生超过混凝土极限抗拉强度的拉应力从而使混凝土开裂。当前的中国铁路规范对于温度荷载和温度效应计算的规定并不完善,尤其对于特殊的桥梁需要进行单独的研究。本文依托贵州北盘江特大桥开展了现场实测试验,对于典型截面在各个季节内的温度场进行采集和分析,分析后得到了拱圈沿截面高度、宽度以及混凝土板厚度方向的温度分布模式。然后依据传热学及太阳能利用基本原理等相关理论,建立了拱圈截面所处的热交换系统,分析并计算了拱圈截面的温度场边界条件。利用ANSYS软件建立了拱圈截面的二维温度场分析有限元模型,并利用实测数据对模型的参数进行调校。利用调校后的模型计算了北盘江大桥在一定历史时期内的最不利温差荷载,并将其与各国规范进行了对比分析。计算得到最不利温差荷载后,分别建立平面应变单元模型和全桥三维有限元模型,利用间接耦合法计算得到拱圈结构各个部位的最不利平面温度应力以及全桥纵向温度应力,并针对最不利应力的分布情况,提出了相应的建议。最后,分析了劲性骨架对于结构最不利应力和变形的影响,发现劲性骨架可以有效小外包混凝土内的最不利纵向压应力和主拉应力。
【关键词】：钢管混凝土 劲性骨架 温度场 日照 温差荷载 温度应力
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.22
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 劲性骨架钢管混凝土拱桥发展概况10-11
• 1.2 桥梁温度效应计算理论概况11-13
• 1.3 课题背景简介13-14
• 1.4 本文的主要工作14-16
• 第2章 混凝土拱圈温度场观测与分析16-33
• 2.1 引言16
• 2.2 试验方案16-19
• 2.2.1 温度场传感器布置原则16
• 2.2.2 测试截面的纵向布置16-17
• 2.2.3 温度测点布置17-18
• 2.2.4 温度数据测试仪器18-19
• 2.3 试验过程19
• 2.4 温度场测试结果及分析19-31
• 2.4.1 拱脚截面温度随时间变化过程21-23
• 2.4.2 拱脚截面沿混凝土板厚度方向的温度场分布23-25
• 2.4.3 拱脚截面沿高度方向的温度场分布25-26
• 2.4.4 拱脚截面沿宽度方向的温度场分布26
• 2.4.5 1/4截面温度随时间变化过程26-29
• 2.4.6 1/4截面沿混凝土板厚度方向的温度场分布29-30
• 2.4.7 1/4截面沿高度方向的温度场分布30-31
• 2.4.8 1/4截面沿宽度方向的温度场分布31
• 2.5 小结31-33
• 第3章 拱圈温度场理论模型33-53
• 3.1 引言33
• 3.2 传热学理论基础33-43
• 3.2.1 导热与对流换热理论基础33-35
• 3.2.2 辐射换热理论基础35-37
• 3.2.3 太阳辐射37-43
• 3.3 拱圈温度场边界条件处理43-50
• 3.3.1 拱圈对流换热44-45
• 3.3.2 拱圈与周围环境的辐射换热45-47
• 3.3.3 拱圈综合大气温度和综合换热系数47-48
• 3.3.4 大气温度48-49
• 3.3.5 边界条件计算参数取值49-50
• 3.4 温度场边界条件计算示例50-52
• 3.4.1 温度场边界条件计算过程50-51
• 3.4.2 温度场边界计算结果51-52
• 3.5 小结52-53
• 第4章 劲性骨架拱圈温度场有限元分析53-68
• 4.1 引言53
• 4.2 温度场有限元分析简介53-54
• 4.3 计算模型及计算流程54-56
• 4.3.1 温度场有限元模型54-56
• 4.3.2 温度场有限元分析流程56
• 4.4 计算温度场的优化分析56-62
• 4.4.1 初始边界条件57
• 4.4.2 计算温度场优化流程57-58
• 4.4.3 参数影响分析和计算温度场优化结果58-62
• 4.5 最不利温度场分布及其与规范值的对比62-67
• 4.5.1 截面沿高度方向的温度场分布63-64
• 4.5.2 截面沿混凝土板厚度方向的温度场分布64-66
• 4.5.3 截面沿宽度方向的温度场分布66-67
• 4.6 小结67-68
• 第5章 劲性骨架拱圈温度效应分析68-88
• 5.1 引言68
• 5.2 温度应力计算原理68-70
• 5.3 ANSYS求解温度应力计算流程70-73
• 5.4 日照作用下的平面温度应力73-81
• 5.5 日照作用下的空间温度应力81-85
• 5.6 劲性骨架对于空间温度应力的影响85-87
• 5.7 小结87-88
• 结论与展望88-90
• 致谢90-91
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目91-92
• 参考文献92-95

【参考文献】

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本文编号：610047