重复温度荷载对预应力混凝土箱梁的影响研究

论文摘要

暴露在自然环境中的混凝土桥梁结构构件内部存在着非线性的温度场,由温度作用而在混凝土构件内部产生的应力和变形直接影响到混凝土结构的可靠性和耐久性。对于预应力混凝土箱梁,温度作用效应更为显著。许多设计上认为完善的预应力混凝土箱梁由于温度作用产生严重裂缝,有的桥梁甚至被迫停运修复,造成严重的经济损失。本文通过人工控温的方法对P.C箱梁模型进行了温度场、温度效应以及变形性能的试验研究。根据实测温度场数据,得到箱梁模型截面竖向温差分布、相应的分布函数以及横向温差分布规律,同时记录应力数据,得到相应的温度效应实测值。采用有限元软件进行温度场仿真分析,对得到的温度分布进行验证。根据实测温度场数据建立有限元分析模型,对温度效应进行分析,并将实测温度效应数据与分析结果进行比较,证实箱梁具有较大的横向及竖向拉应力。通过人工重复升温的方法对P.C箱梁进行温差重复作用,研究日照温度重复作用对预应力混凝土结构变形的影响。为了消除自重等因素的影响,特做工字梁试验作为对比,进行受力变形性能的影响研究,与箱梁试验结果进行对比分析。并采用有限元软件建立有限元模型进行仿真分析,与实测数据进行对比,证明了日照温差长期作用会引起P.C箱梁顶底板非均匀收缩,从而导致预应力混凝土箱梁下挠。温度场、温度效应以及变形性能的研究对预应力混凝土箱梁的设计、施工以及运营均有重大的指导作用,在实际工程中具有非常重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的理论价值和现实意义
• 1.2 P.C 箱梁温度场及效应研究现状
• 1.2.1 温度场及效应国内外研究进展
• 1.2.2 现行规范关于温度分布的相关规定
• 1.3 日照重复作用对P.C 箱梁变形性能影响研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容和方法
• 第二章 箱梁与工字梁反复温度作用模型试验
• 2.1 试验目的、意义及设计思路
• 2.2 模型设计与制作
• 2.2.1 模型尺寸
• 2.2.2 模型配筋
• 2.2.3 模型截面特征
• 2.2.4 模型材料
• 2.3 试验测试方法
• 2.3.1 测试仪器
• 2.3.2 测点布置
• 2.3.3 实验装置与加载方法
• 2.4 本章小节
• 第三章 箱梁温度场及效应计算理论
• 3.1 温度作用的类型及其特点
• 3.2 温度场的计算理论
• 3.2.1 Fourier 热传导微分方程求解
• 3.2.2 近似数值解分析
• 3.2.3 半经验半理论公式求解
• 3.3 P.C 箱梁温度应力计算方法
• 3.3.1 P.C 箱梁日照温差内约束应力计算
• 3.3.2 P.C 箱梁日照温差外约束应力计算
• 3.4 本章小节
• 第四章 箱梁温度场及其效应试验结果分析
• 4.1 箱梁竖向温差分布试验结果分析
• 4.2 箱梁横向温差分布试验结果分析
• 4.3 箱梁温度效应试验结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 箱梁温度场及效应有限元分析
• 5.1 ANSYS 热分析功能简介
• 5.2 有限元分析步骤及参数确定
• 5.2.1 箱梁有限元分析步骤
• 5.2.2 箱梁计算参数确定及模型的建立
• 5.3 温度场有限元计算结果分析
• 5.4 温度效应有限元计算结果分析
• 5.5 影响箱梁温度场及效应的因素分析与相应措施
• 5.6 本章小结
• 第六章 温差重复作用对 P.C 结构变形性能影响研究
• 6.1 P.C 箱梁温度重复荷载试验结果分析
• 6.2 温度重复荷载作用下箱梁变形有限元分析
• 6.3 温度重复荷载作用下工字梁对比试验结果分析
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 主要结论
• 7.2 进一步研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果