桩柱式桥墩温度内力分析及静力计算程序编制

论文摘要

对于日照辐射对桥梁结构的影响,国内外桥梁工作者的研究多集中于针对桥梁的上部结构,特别是混凝土箱梁结构方面。对于桥梁下部结构,尤其是桩柱式桥墩,虽然对于桩柱式桥墩结构的计算理论已经相当完整成熟,但国内外文献中对于此种结构的温度效应的研究资料却不多。随着桥梁结构的计算研究理论的日趋深入细致,关于温度对桥梁结构的影响的研究也随之不断进步,日照辐射温度场对桩柱式桥墩的影响的研究也必将更加深入透彻。本文在分析、研究国内外关于混凝土结构及桥梁上部结构温度场理论及计算的文献的基础上,针对桩柱式桥墩的日照辐射温度场的计算及温度荷载对桥墩结构的影响进行了研究探讨,利用通用有限元软件ANSYS对结构进行了热分析,计算得到了结构内部的温度梯度分布情况,并在计算所得温度场的基础上计算了结构的温度内力,并且简要分析阐述了日照辐射温差对桩柱式桥墩的影响。为了方便设计及施工过程中计算年温差在桩柱式桥墩中产生的次内力及桩柱式桥墩在静力荷载下的结构内力,本文在平面杆系有限元理论的基础上编制了新桥梁规范规定下的桩柱式桥墩计算程序。并利用桥梁有限元软件MIDAS/CIVIL计算结果与所编程序进行比对校核,验证了程序的准确性,并由计算结果分析年温差对桩柱式桥墩的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 温度场产生的应力对混凝土结构产生的影响
• 1.3 国内外对温度应力的研究概况
• 1.4 各国桥梁规范对于桥梁温度应力计算的规定
• 1.4.1 我国现行规范的规定
• 1.4.2 铁路桥梁的温差计算公式
• 1.4.3 英国桥规（BS-5400）第二篇关于温度荷载的规定
• 1.5 本文的研究内容及研究背景
• 第二章 钢筋混凝土桥梁结构的温度场及其效应
• 2.1 引言
• 2.2 温度荷载的分类、形成与特点
• 2.3 温度场计算理论
• 2.3.1 热传导问题的微分方程
• 2.3.2 桥梁热传导微分方程的简化
• 2.4 温度场的近似数值计算方法
• 2.4.1 有限差分法
• 2.4.2 有限单元法
• 2.4.3 半经验半理论公式法
• 2.5 各分析方法的比较
• 2.6 小结
• 第三章 桩柱式桥墩的热传导问题计算
• 3.1 引言
• 3.2 桥梁下部结构的热力学计算参数的确定
• 3.2.1 热交换系数α的确定
• 3.2.2 混凝土的热物理性能
• 3.2.3 日照辐射下结构混凝土表面的温度T的确定
• 3.3 计算模型的建立
• 3.3.1 结构温度场及温度应力计算
• 3.3.2 计算结果及分析
• 3.3.3 计算结果的处理分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 桩柱式桥墩年温差内力计算及有限元程序编制
• 4.1 程序的主要功能、使用说明
• 4.2 杆系有限元的基本理论
• 4.2.1 考虑剪切变形的梁单元
• 4.3 程序所涉及的计算理论
• 4.3.1 刚度矩阵的建立及坐标转换
• 4.3.3 温度应力计算子程序
• 4.4 其余子程序及主要变量的介绍
• 4.4.1 程序中的主要子程序介绍
• 4.4.2 程序中的主要控制变量
• 4.5 程序考核
• 4.5.1 计算模型建立
• 4.5.2 程序校核
• 4.6 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 下一步工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间公开发表论文与参加科研项目清单