PC连续箱梁桥温度场及温度效应研究

论文摘要

预应力混凝土连续梁桥结构在太阳照射作用下,会在梁体内产生非线性的温度场,并产生很大温度应力,有可能使结构产生裂缝,严重影响结构的安全性和耐久性。因而,在设计和施工中必须充分考虑其影响。论文在广泛调研、查阅国内外资料的基础上,系统的论述了国内外温度场和温度效应的研究历史、现状,并且详细的介绍了世界上一些主要国家的规范。介绍了预应力混凝土箱梁温度场计算的有限差分法、有限单元法以及混凝土箱梁的温度效应的基本理论和计算方法。论文以河南省永城市大青沟大桥为工程实例,对大青沟大桥的温度场进行了长达数月的观测,根据观测的数据,分析了在太阳辐射作用下混凝土箱梁各个板件的温度场的分布规律,以及空气湿度对箱梁温度梯度分布的影响。同时,运用数学回归的方法对部分观测数据进行分析,拟合出了符合大桥实际的温度梯度函数。论文将拟合得到的温度梯度函数和公路桥规（JTG D60-2004）规定的温度梯度函数在ANSYS软件上进行建模,将得到的结果进行分析比较,得出在温度作用下,3跨变高度预应力混凝土连续箱梁的最不利位置位于中跨跨中截面附近,该位置的温度作用效应最大;拟合的温度梯度计算的应力与位移要高于公路桥规计算的结果,规范的规定偏于不安全;在竖向正温度梯度的作用下,预应力混凝土箱梁桥不但产生纵向温度应力,还会产生横向温度应力,二者基本处于同一数量级。最后,详细阐述了温度裂缝出现的机理,并重点介绍了如何在设计时采取措施防止温度裂缝的出现。可为同类桥梁的温度场观测及温度效应分析提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国内研究概况
• 1.2.2 国外研究概况
• 1.3 问题的提出及本文的主要研究内容
• 第二章 混凝土结构的温度荷载
• 2.1 温度荷载的形成、分类及特点
• 2.2 国内外规范中关于温度荷载的规定
• 第三章 预应力混凝土箱梁的温度场数值分析
• 3.1 数值方法的发展
• 3.2 预应力混凝土箱梁温度场的有限差分法
• 3.3 预应力混凝土箱梁温度场的有限元法
• 3.3.1 理论基础
• 3.3.2 单值性条件及假设
• 3.3.3 有限元方程的建立
• 3.3.4 温度场有限元方程的求解
• 3.4 有限元法中太阳辐射及计算参数的确定
• 3.4.1 太阳辐射
• 3.4.2 热交换系数的确定
• 3.4.3 空气介质综合温度T f 的确定
• 第四章 预应力混凝土箱梁的温度场测试与分析
• 4.1 传感器的优化布置
• 4.1.1 传感器的优化布置准则
• 4.1.2 不同温度传感器优化布置准则的数学模型
• 4.2 大青沟大桥概况
• 4.3 实验的安排及方法
• 4.3.1 砼箱梁的温度测点布置
• 4.3.2 测试仪器及数据的采集
• 4.4 温度实验数据分析及温度梯度函数的拟合
• 4.4.1 温度数据的分析
• 4.4.2 竖向温差分布函数的拟合
• 第五章 预应力混凝土箱梁的温度效应分析
• 5.1 温度效应的理论分析
• 5.1.1 桥梁结构纵向温差应力通解
• 5.1.2 任意截面上的纵向温差自应力
• 5.1.3 任意截面上的纵向温差次应力
• 5.1.4 箱梁的温差应力
• 5.2 大青沟桥的温差应力与变形分析
• 5.2.1 模型的建立
• 5.2.2 大青沟桥的温度应力分析
• 5.2.3 大青沟桥的温度变形分析
• 5.3 混凝土温度裂缝的出现及对策
• 5.3.1 温度裂缝的特点
• 5.3.2 温度裂缝的对策
• 结论与建议
• 主要研究成果
• 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文
• 致谢