混凝土斜拉桥箱梁的温度效应分析及长期温度疲劳效应分析

发布时间：2017-08-25 19:33

  本文关键词：混凝土斜拉桥箱梁的温度效应分析及长期温度疲劳效应分析

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【摘要】：钢筋混凝土箱梁桥在日照温度变化下,内部会产生不均匀温度场,从而导致热应力场的出现。在夏季太阳辐射日,混凝土箱梁会出现较大的温度拉应力和温度压应力,若设计不周,很容易出现温度裂缝。同时,夏季太阳辐射日一天内由温度引起的应力幅也不能忽视。目前,大多数研究均是讨论桥梁不均匀温度场及其温度效应,没有进一步讨论温度应力对桥梁疲劳寿命的影响。有必要深入研究温度应力对桥梁的长期疲劳效应。本文以英德市北江混凝土斜拉桥为工程背景,选择夏季日平均最高、最低温度,利用Erbs直散分离模型分离太阳辐射总照度,采用大型通用有限元软件ANSYS建立二维箱梁截面模型,对混凝土箱梁进行温度场数值模拟。分析得到的距顶板以下0.05m位置处最不利温度场时刻和有关论文实测数据相符,同时沿内腹板从顶板至底板的温度分布曲线形状与我国铁路桥涵设计规范规定的温差指数分布曲线形状大致相同,说明此模型能较好地模拟混凝土箱梁夏季日的温度场。根据温度应力分析的结果,选取了温度应力和应力幅都较大的2个关键位置,利用关键位置夏季日一天内温度应力的变化曲线作为荷载谱,根据Miner线性准则和钢筋、混凝土材料的疲劳寿命S-N曲线方程,对桥梁进行疲劳寿命分析。分析总结得到全预应力混凝土梁的疲劳性能比有限预应力混凝土梁的疲劳性能优越,钢筋锈蚀会减弱混凝土桥梁的疲劳寿命。
【关键词】：混凝土箱梁 太阳辐射 瞬态温度场 温度效应 疲劳寿命
【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】：U441.4;U448.27
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 课题研究的意义10-11
• 1.2 国内外混凝土结构疲劳问题的研究概况11-13
• 1.3 国内外混凝土桥梁温度场及其效应研究的概况13-15
• 1.4 课题来源及本文的主要工作15-17
• 1.4.1 课题来源15-16
• 1.4.2 本文主要工作16-17
• 第二章 温度场基本理论及温度应力计算理论17-34
• 2.1 温度场及温度荷载概述17-18
• 2.1.1 温度场概述17-18
• 2.1.2 温度荷载概述18
• 2.2 热分析的基本理论18-22
• 2.2.1 热传递的三种形式18-20
• 2.2.2 热传导微分方程及其边界条件20-22
• 2.3 温度场的分析方法22-23
• 2.3.1 热传导微分方程求解22
• 2.3.2 半经验半理论公式法22-23
• 2.3.3 数值分析方法23
• 2.4 温度场ANSYS数值模拟的边界条件23-31
• 2.4.1 太阳辐射强度23-27
• 2.4.2 大气温度和综合温度27-28
• 2.4.3 风速和综合热换系数28-31
• 2.5 温度应力计算理论31-33
• 2.6 本章小结33-34
• 第三章 混凝土箱梁截面温度场数值模拟和温度效应分析34-52
• 3.1 ANSYS热-应力分析功能介绍34
• 3.2 工程背景34-36
• 3.3 主梁结构混凝土计算参数的确定36-40
• 3.3.1 主梁结构混凝土的热物理参数36
• 3.3.2 主梁结构温度场边界条件的确定36-40
• 3.4 温度场有限元模型的建立40-47
• 3.4.1 计算模型的基本假定40-41
• 3.4.2 温度场的简化及ANSYS单元类型的选取41
• 3.4.3 温度场ANSYS有限元模型41
• 3.4.4 温度场结果分析41-47
• 3.5 混凝土斜拉桥箱梁截面温度效应研究47-50
• 3.5.1 温度应力分布48-49
• 3.5.2 关键点温度应力时程变化49-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第四章 钢筋混凝土结构疲劳效应分析基本理论52-60
• 4.1 疲劳的概述52
• 4.2 钢筋混凝土的疲劳破坏52-53
• 4.2.1 素混凝土的疲劳破坏52-53
• 4.2.2 钢筋的疲劳破坏53
• 4.3 荷载谱及其编制方法53-55
• 4.4 钢筋混凝土S-N曲线55-57
• 4.4.1 素混凝土S-N曲线和变形55-56
• 4.4.2 钢筋S-N曲线56-57
• 4.5 疲劳累积损伤理论57-59
• 4.5.1 概述57
• 4.5.2 线性疲劳累积损伤理论57-59
• 4.6 本章小结59-60
• 第五章 混凝土斜拉桥箱梁截面温度疲劳效应分析60-70
• 5.1 疲劳寿命传统评估方法60-61
• 5.2 利用ANSYS进行疲劳计算时的基本假定61
• 5.3 ANSYS疲劳分析步骤61-64
• 5.3.1 恢复数据库61-62
• 5.3.2 设置规模62
• 5.3.3 输入S-N曲线62-63
• 5.3.4 设置位置63
• 5.3.5 设置事件63
• 5.3.6 设置载荷63-64
• 5.4 计算结果分析64-68
• 5.4.1 依据素混凝土S-N曲线进行疲劳计算64-67
• 5.4.2 依据钢筋S-N曲线进行疲劳计算67-68
• 5.5 本章小结68-70
• 第六章 结论与展望70-72
• 一、结论70-71
• 二、展望71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果76-77
• 致谢77-78
• 答辩委员会对论文的评定意见78

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本文编号：737999