连续刚构桥箱梁水化热温度场及其效应研究

论文摘要

由于混凝土材料导热性能差,在各种温度变化作用下,预应力混凝土桥梁结构内部会产生相当大的应力、变形、甚至出现温度裂缝,而近年来交通运输业发展迅速,混凝土的强度越来越高,采用悬臂逐段现浇施工方法修建的预应力混凝土连续刚构桥梁的跨径越来越大,桥墩附近箱梁节段浇筑的体积也越来越大,此时混凝土水化热引起的温度效应非常显著。因此,在体积较大的0、1号梁段箱梁浇筑过程中,必须关注水化热引起的温度问题并采取措施加以解决,减少混凝土因水化热温升引起的开裂及后期强度损失。本文在参阅了大量专业书籍和学术论文的基础上,以一座主跨为185m的四跨连续刚构箱梁桥为背景,运用现场实测与有限元分析相结合的方法,研究分析了箱梁现浇体积较大的0、1号梁段浇筑时温度场和应力场的特点。具体工作和研究成果如下:(1)通过现场温度监测和大量数据观察,对箱梁0、1号梁段水化热温度场分布情况和随时间变化的规律进行研究分析。(2)参考传热学的相关知识,结合有限元分析理论,应用有限元分析软件MIDAS,建立箱梁0、1号梁段有限元实体模型,模拟混凝土浇筑后水泥水化作用,通过计算得出各个时间段箱梁温度场分布,总结了混凝土水化热影响下施工过程中0、1号梁段箱梁结构的温度发展历程以及温度场分布的规律,结合实测的温度监测数据进行对比分析,研究该分析方法的准确性与可行性,并提出相应的温度控制原则及措施,直接应用于工程实际。(3)采用有限元分析软件MIDAS计算箱梁温度应力,得到预应力混凝土连续刚构桥箱梁0、1号梁段应力场分布,分析、探求预应力混凝土连续刚构桥箱梁结构对温度作用的反应,提出混凝土箱梁裂缝控制措施,为同类桥型的施工提供借鉴和参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 混凝土结构的温度荷载和温度分布
• 1.2.1 温度荷载的形成、分类及特点
• 1.2.2 混凝土结构的温度分布
• 1.3 国内外对箱梁温度效应的研究状况
• 1.4 本文主要研究内容和研究方法
• 第二章 混凝土水化热温度场的计算
• 2.1 热传导基本原理
• 2.1.1 方程推导
• 2.1.2 初始及边界条件
• 2.1.3 第三类边界条件的近似处理
• 2.2 混凝土水化热理论
• 2.2.1 混凝土结构水化热及温度控制
• 2.2.2 水泥水化热的计算
• 2.2.3 混凝土绝热温升
• 2.2.4 工程实际计算混凝土温升
• 2.3 有限差分法计算混凝土水化热温度场
• 2.3.1 一维温度场的差分解法和图解法
• 2.3.2 二维温度场差分解法
• 2.4 有限元法计算混凝土水化热温度场
• 2.4.1 空间问题变分原理
• 2.4.2 不稳定温度场有限元解法
• 第三章 箱梁水化热温度监控与分析
• 3.1 工程背景简介
• 3.2 混凝土箱梁温度测试仪器、元件及测点布置
• 3.3 混凝土箱梁水化热温度场和应力实测数据
• 3.4 混凝土箱梁水化热温度场和应力实测数据分析
• 第四章 箱梁水化热温度场有限元分析
• 4.1 实体模型建立及有限元单元划分
• 4.2 水化热温度场计算结果
• 4.3 计算结果分析
• 4.4 混凝土箱梁水化热温度控制
• 4.4.1 温度控制的原则
• 4.4.2 温度控制过程
• 第五章 箱梁水化热温度效应分析
• 5.1 温度裂缝产生的原因
• 5.2 温度效应分析基本理论
• 5.2.1 概述
• 5.2.2 温度应力分析
• 5.2.3 有限元分析理论
• 5.3 水化热温度应力有限元分析
• 5.4 计算结果分析
• 5.5 混凝土箱梁裂缝控制措施
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢