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64米简支槽形箱梁的温度场及效应研究

作　者: 肖祥南
导　师: 戴公连
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 64m简支槽形箱梁温度效应水化热太阳辐射移动热荷载
分类号: U441.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 52次
引　用: 2次
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内容摘要

温度作用在混凝土箱梁桥中产生的应力可以与恒载或活载效应相当,是导致桥梁结构在施工与运营期间产生裂缝的重要原因之一,因而对桥梁结构的安全性和耐久性均有显著影响。但由于该问题的复杂性,在混凝土桥梁设计中,往往采用过分简化的计算模型和方法,导致温度荷载取值和温度应力计算与实际出现较大的误差。本文将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,并对64m简支槽形箱梁的温度效应进行了研究,主要工作内容如下：1、对混凝土桥梁结构三维温度应力的计算方法进行了研究。基于热弹性力学理论和温度应力的积分性质,推导并简化混凝土桥梁结构三维温度应力的一般计算方法。该方法将三维问题转化为二维问题进行分析,但考虑了由于泊松效应引起的各应力分量间的耦合作用,既可提高分析精度,又可不增加计算工作量。2、对槽形箱梁浇注过程的水化热温度场和早期温度应力进行了仿真分析,计算过程中考虑了混凝土收缩徐变以及弹性模量和抗拉强度随时间增长的时变特性。在此基础上分析了各种参数变化对水化热温度场的影响,并提出了相应的温度裂缝控制措施。3、根据太阳物理学、普通天文学、气象科学以及传热学的有关理论,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。对该桥的日照温度场和温度应力进行深入的计算分析,并研究了太阳辐射强度、道砟厚度等因素对日照温度效应的影响。4、本文对铁水罐车通过槽形箱梁时产生的温度效应问题进行了适当的假设和简化,初步探索了64m简支槽形箱梁在移动热荷载作用下的温度场和温度应力分布。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-21
  1.1 研究背景及意义  7-8
  1.2 混凝土箱梁桥温度效应研究进展  8-17
    1.2.1 水化热温度效应研究进展  8-11
    1.2.2 气候温度效应研究进展  11-17
    1.2.3 特殊温度效应研究进展  17
  1.3 混凝土箱梁桥温度效应研究中存在的问题  17-18
  1.4 本文的工程背景和研究内容  18-21
第二章混凝土箱梁桥温度场及效应的基本理论  21-38
  2.1 前言  21
  2.2 温度场的基本原理  21-25
    2.2.1 热传递的三种基本方式  21-22
    2.2.2 导热基本方程及定解条件  22-24
    2.2.3 导热定解问题的解析解  24-25
  2.3 温度场的数值解法  25-29
    2.3.1 有限差分法  25-28
    2.3.2 有限单元法  28-29
  2.4 温度应力的基本理论及数值解法  29-36
    2.4.1 温度应力的基本理论和方程  29-31
    2.4.2 温度应力的有限单元法  31
    2.4.3 混凝土桥三维温度应力计算方法  31-36
  2.5 国内外桥梁设计中有关温度场的规定  36-38
第三章槽形箱梁水化热温度场及效应研究  38-59
  3.1 前言  38
  3.2 水化热分析理论及参数取值  38-43
    3.2.1 水化热传导方程  38-39
    3.2.2 水泥水化热温升  39-40
    3.2.3 混凝土的力学性能  40-42
    3.2.4 混凝土的热学性能  42-43
  3.4 水化热温度效应仿真分析  43-58
    3.4.1 计算有限元模型  44-45
    3.4.2 温度场结果分析  45-51
    3.4.3 温度应力结果分析  51-55
    3.4.4 参数敏感性分析  55-58
  3.5 本章小结  58-59
第四章槽形箱梁日照温度场及效应研究  59-88
  4.1 前言  59
  4.2 桥梁中的热交换作用  59-60
  4.3 太阳辐射热交换  60-65
    4.3.1 太阳的天文参数  60-63
    4.3.2 太阳直接辐射  63-64
    4.3.3 散射和地面反射  64
    4.3.4 总的太阳辐射  64-65
  4.4 对流热交换  65-66
    4.4.1 对流换热交换系数  65-66
    4.4.2 气温日过程  66
  4.5 辐射热交换  66-69
    4.5.1 热辐射基本原理  66-68
    4.5.2 大气和环境辐射  68
    4.5.3 辐射换热总效果  68-69
  4.6 日照温度效应仿真分析  69-86
    4.6.1 ANSYS温度场及效应分析简介  69-70
    4.6.2 计算边界条件及初始值  70-73
    4.6.3 计算有限元模型  73-74
    4.6.4 温度场结果分析  74-79
    4.6.5 温度应力结果分析  79-82
    4.6.6 参数敏感性分析  82-86
  4.7 本章小结  86-88
第五章槽形箱梁移动热辐射温度场及效应研究  88-96
  5.1 前言  88
  5.2 物体热辐射基本原理  88-90
  5.3 移动热辐射效应仿真分析  90-94
    5.3.1 计算有限元模型  90-91
    5.3.2 温度场结果分析  91-92
    5.3.3 温度应力结果分析  92-94
  5.4 本章小结  94-96
第六章结论与展望  96-99
参考文献  99-108
致谢  108-109
攻读硕士学位期间主要的研究成果  109

64米简支槽形箱梁的温度场及效应研究

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