钢管混凝土拱肋截面温度场及温度效应分析

论文摘要

近二十年来钢管混凝土拱桥作为一种新兴的桥型,在我国得到了迅速的发展。但是在理论、计算方法、规范制定等方面却还比较落后,还有许多问题有待于进一步深入研究,其中温度问题便一直是一项重大课题,其关键在于温度场随时间和空间的变化与分布规律问题。本文着重探讨钢管混凝土拱肋在日照作用下的截面温度场及温度效应问题。本文对钢管混凝土温度场的分析采用有限元方法。首先对这一方法的基本原理进行了简要的介绍,着重探讨了日照边界条件及太阳辐射作用的简化等;其次进行了日照作用下的钢管混凝土试件截面温度场测试,通过对该构件的温度场的现场实测,研究得出了钢管混凝土拱肋截面的温度场的特点,在此基础上,探讨得出了符合钢管混凝土拱桥拱肋沿截面直径方向的温度梯度模式;采用有限元软件ANSYS进行温度场仿真分析,对得出的理论温度场特征和温度梯度与实测数据进行比对,从而进一步验证了本文提出的温度梯度模式的适用性及温度场实测值的准确性;最后通过有限元计算得出了该构件截面温度应力,并初步分析了日照温度对钢管混凝土脱空的影响和温度对钢管混凝土构件的承载力影响。论文所做的钢管混凝土构件的温度场及其效应的实验和理论等研究工作,可以为今后钢管混凝土拱桥设计中温度效应问题的解决,提供一定的理论依据和技术参考;为相关规范标准的进一步完善提供一定合理性意见,以加速钢管混凝土拱桥温度效应理论的发展。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 钢管混凝土拱桥的发展概况
• 1.2 课题背景
• 1.3 相关文献综述
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 钢管混凝土构件截面温度场有限元计算方法
• 2.1 温度场的定义及其影响因素
• 2.2 温度荷载的分类及其特点
• 2.3 热传导基本理论
• 2.3.1 热传导基本方程
• 2.3.2 热传导方程的初始条件和边界条件
• 2.4 平面瞬态温度场的有限元计算方法
• 2.4.1 温度场计算有限元基本方程
• 2.4.2 单元的划分和温度场的离散
• 2.4.3 温度插值函数的确定
• 2.4.4 温度场的变分计算
• 2.4.5 温度场的总体合成
• 2.4.6 时间的离散
• 2.5 日照作用下的边界条件
• 2.6 针对钢管混凝土拱肋截面热传导计算的基本假定
• 2.7 小结
• 第三章 日照作用下钢管混凝土构件截面温度场试验研究
• 3.1 温度场试验简介
• 3.1.1 试件设计
• 3.1.2 实验仪器简介
• 3.1.3 试验测点布置和试验方法
• 3.2 截面温度随时间的变化规律分析
• 3.2.1 钢管表面测点及圆心点随时间变化规律分析
• 3.2.2 沿截面直径方向各点温度随时间变化规律分析
• 3.3 典型时刻截面温度场的规律分析
• 3.4 钢管混凝土沿截面直径方向温差分布模式的分析
• 3.5 小结
• 第四章 日照作用下钢管混凝土构件截面温度场有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 日照温度场有限元模型参数设定
• 4.2.1 计算截面的位置和坐标系
• 4.2.2 初始条件的选取
• 4.2.3 材料热工性能参数的计算
• 4.2.4 热流密度参数的设定
• 4.2.5 构件日照边界条件简化
• 4.3 日照作用下的有限元计算模型
• 4.4 计算结果与实测结果比较
• 4.5 小结
• 第五章 日照作用下钢管混凝土构件温度效应分析
• 5.1 引言
• 5.2 温度应力计算方法
• 5.3 日照作用钢管混凝土构件温度应力分析
• 5.4 温度对钢管混凝土脱空的影响
• 5.4.1 钢管与混凝土脱空研究现状
• 5.4.2 钢管混凝土脱空的原因
• 5.4.3 日照温度引起的钢管混凝土脱空
• 5.5 温度对钢管混凝土构件承载力的影响
• 5.6 小结
• 结论及建议
• 参考文献
• 致谢