高速铁路箱梁桥日照温度场分布规律及计算模式研究

论文摘要

高速铁路混凝土桥梁长期暴露在空气中,在气温变化和太阳辐射作用下,桥梁的横向和纵向会产生非线性温度分布,从而,温度作用往往成为桥梁结构前期施工与后期运营阶段产生裂缝的主要原因之一。由于桥梁所处环境和桥梁走向各不相同,受到太阳辐射及温度变化的影响大小也各不相同,导致不同的温度模式,对高速铁路梁体预应力配置影响很大,同时对桥梁体结构平顺性也有影响,另外对桥上无砟轨道也会产生一定的影响,因此非常有必要对混凝土桥梁的温度模式及温度效应加以研究,以更好的指导实际设计。本文将高速铁路混凝土箱梁桥温度效应的起因归结为材料自身因素、气候因素和特殊因素三大类,并且根据太阳物理学、普通天文学、气象科学、传热学以、轨道学科,数值方面有关理论建立了轨道板和桥梁一体化模型,研究了混凝土桥梁结构与外界环境进行热量传递的机理,系统地建立混凝土桥梁结构日照温度场分析的热荷载边界条件,以ANSYS为软件平台,分析了高速铁路箱梁桥断面的日照温度场分布规律,并利用MATLAB对高速铁路箱梁桥竖向温差进行了曲线拟合,对于影响高速铁路温度分布的各影响参数进行了系统的分析。本文总结了国内外桥梁规范对于温度取值的有关规定及温度效应计算的规定,并进行了分析、比较,并对于温度自应力和温度次应力进行了计算和分析,提出桥梁日照温度模式设计在考虑轨道板作用下的的建议公式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 混凝土箱梁桥日照温度效应研究进展
• 1.2.1 国外混凝土箱梁桥日照温度效应研究进展
• 1.2.2 国内混凝土箱梁桥日照温度效应研究进展
• 1.3 高速铁路混凝土箱梁桥温度效应研究中存在的问题
• 1.4 本文的工程背景和研究内容
• 第二章 混凝土箱梁桥温度场及效应的基本理论
• 2.1 温度场的基本原理
• 2.1.1 热传递的三种基本方式
• 2.1.2 导热基本方程及定解条件
• 2.2 混凝土箱梁温度场的有限元解法
• 2.3 高速铁路桥梁中的热交换作用
• 2.3.1 太阳物理学基本概念简介
• 2.3.2 太阳辐射热交换
• 2.3.3 对流热交换
• 2.3.4 辐射热交换
• 2.3.5 辐射换热总效果
• 2.4 悬臂板阴影长度计算
• 第三章 高速铁路箱梁日照温度效应仿真分析
• 3.1 前言
• 3.2 计算边界条件及初始值
• 3.3 无砟轨道桥面有限元日照分析
• 3.3.1 CRTSⅠ型板式无砟轨道结构
• 3.3.2 CRTSⅠ型板式无砟轨道结构温度场结果分析
• 3.3.3 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构
• 3.3.4 CRTSⅡ型板式无砟轨道结构温度场结果分析
• 3.3.5 双块式无砟轨道结构
• 3.3.6 双块式无砟轨道结构温度场结果分析
• 3.4 有砟轨道桥面有限元日照分析
• 3.4.1 有砟轨道结构
• 3.4.2 有砟轨道桥面结构温度场结果分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 高速铁路箱梁温度场参数敏感性分析
• 4.1 轨道板的影响
• 4.2 结构尺寸参数敏感性分析
• 4.2.1 顶板厚度
• 4.2.2 底板厚度
• 4.2.3 腹板厚度
• 4.3 材料热物理性质的参数敏感性分析
• 4.3.1 混凝土导热系数
• 4.3.2 混凝土比热容
• 4.4 气候条件参数敏感性分析
• 4.4.1 太阳辐射强度
• 4.4.2 环境风速
• 4.4.3 桥梁轴向方位角
• 4.5 道砟厚度
• 4.6 本章小结
• 第五章 高速铁路日照温度荷载取值分析
• 5.1 国外规范关于温度荷载的规定
• 5.2 国内规范关于温度梯度的规定及计算
• 5.3 温度梯度曲线的拟合比较与选择
• 5.3.1 竖向温差曲线拟合和选择
• 5.3.2 横向温差选择
• 5.4 温度应力及温度梯度的比较
• 5.4.1 非线性温度自应力
• 5.4.2 非线性温度次应力
• 5.5 本章小节
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果