鋼-混組合連續(xù)箱梁橋溫度場(chǎng)及溫度作用研究.pdf

1、鋼-混凝土組合連續(xù)梁橋是—種結(jié)構(gòu)性能優(yōu)良的新型橋梁。因此，它在國(guó)內(nèi)外已有不少的研究和應(yīng)用?？偨Y(jié)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可見(jiàn)，當(dāng)前研究較多集中在剪力連接件、承載力和剛度計(jì)算以及結(jié)構(gòu)構(gòu)造措施，而對(duì)于溫度作用的研究還很少。因此，本文結(jié)合潤(rùn)揚(yáng)大橋南接線工程項(xiàng)目，開(kāi)展了鋼-混凝土組合連續(xù)梁橋溫度場(chǎng)及溫度作用研究。
　　 溫度對(duì)橋梁的作用通常主要是由日照和瀝青攤鋪等因素引起的，當(dāng)然，還有低溫寒潮的作用。日照是經(jīng)常發(fā)生的，具有周期性；而瀝青攤鋪?zhàn)饔檬嵌?/p>

2、期的。這兩種因素往往是聯(lián)合影響的，同時(shí)溫度作用與橋梁上的車輛荷載作用也是迭加的。因此，本文研究了日照和瀝青攤鋪?zhàn)饔玫臏囟葓?chǎng)，開(kāi)展了工程實(shí)測(cè)、溫度作用的分析計(jì)算以及在橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用研究，并提出了有關(guān)建議。主要內(nèi)容摘要如下：
　　 1、實(shí)橋溫度場(chǎng)的測(cè)試
　　 論文介紹了實(shí)橋日照和瀝青攤鋪條件下溫度場(chǎng)的測(cè)試，于2004年9月中進(jìn)行了日照溫度數(shù)據(jù)的采集，2004年10月20日和10月21日進(jìn)行了瀝青下面層和上面層高溫?cái)備仌r(shí)的溫度

3、數(shù)據(jù)采集。通過(guò)對(duì)有關(guān)數(shù)據(jù)的整理和分析，總結(jié)了實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)的特點(diǎn)和邊界條件的處理事項(xiàng)。
　　 2、溫度場(chǎng)理論計(jì)算方法的探討和日照溫度場(chǎng)對(duì)比分析
　　 在分析了橋梁結(jié)構(gòu)傳熱特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了任意角度截面太陽(yáng)輻射強(qiáng)度和翼緣板懸挑部分在腹板上投影長(zhǎng)度的計(jì)算公式，探討了考慮對(duì)流、太陽(yáng)輻射和橋梁表面輻射換熱瞬態(tài)溫度場(chǎng)的求解方法和過(guò)程。
　　 為了校準(zhǔn)理論計(jì)算模型的準(zhǔn)確性，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)建立有限元數(shù)值模型，進(jìn)行了瞬態(tài)綜

4、合邊界條件的溫度場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算。經(jīng)對(duì)比分析，驗(yàn)證了理論分析的準(zhǔn)確性和可靠性，為進(jìn)行更廣泛的理論分析，奠定了基礎(chǔ)。
　　 3、最不利日照溫度場(chǎng)判定方法的研究
　　 從影響日照溫度場(chǎng)的邊界條件出發(fā)，確定了太陽(yáng)輻射強(qiáng)度、大氣溫度的時(shí)變化模式，探討了鋼箱內(nèi)空氣溫度變化規(guī)律，分別針對(duì)鋼箱和密閉箱上方橋面板提出了密閉箱內(nèi)空氣溫度及對(duì)流換熱模式。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了連續(xù)多天的結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)計(jì)算，結(jié)合溫度場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，分析了結(jié)構(gòu)上、下緣應(yīng)力

5、特點(diǎn)，確定了最不利日照溫度場(chǎng)的判定原則和方法。對(duì)于連續(xù)梁結(jié)構(gòu)而言，本文所研究的溫度作用為豎向正溫差作用，其對(duì)跨中附近截面受力是不利的，對(duì)墩頂負(fù)彎矩區(qū)是有利的，因而文中對(duì)負(fù)彎矩區(qū)的溫度作用未作專門研究。
　　 通過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)，在夏季連續(xù)多天晴朗、微風(fēng)條件下，當(dāng)結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)達(dá)到動(dòng)態(tài)周期性變化時(shí)，結(jié)構(gòu)日照溫度場(chǎng)將產(chǎn)生最不利影響；由溫度引起的上緣壓應(yīng)力在上表面溫度接近最大值時(shí)達(dá)到最大，而下緣拉應(yīng)力可以ψ（溫度自由變形所引起的截面變形曲率

6、）達(dá)到最大時(shí)作為最不利情況的判斷條件；上、下緣最大溫度應(yīng)力出現(xiàn)的時(shí)間不同步，不能僅以上緣達(dá)到最高表面溫度作為最不利溫度場(chǎng)的判定條件。
　　 4、日照溫度場(chǎng)影響因素分析
　　 論文從橋位處緯度、大氣渾濁度、大氣溫度、環(huán)境風(fēng)速、材料的表面太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)、結(jié)構(gòu)的截面型式以及瀝青鋪裝的厚度等方面，討論了各因素對(duì)最不利日照溫度場(chǎng)的影響。發(fā)現(xiàn)，由于瀝青表面太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)比水泥混凝土的要大不少，因此5cm厚瀝青鋪裝下溫度

7、作用比無(wú)瀝青鋪裝的要略大，而10cm厚瀝青鋪裝情況下溫度作用比無(wú)瀝青鋪裝的略小，但該情況與現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定有較大的背離。
　　 由于本文旨在得出鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)的最不利日照溫度模式，因此通過(guò)對(duì)各種影響因素的比較，提出了水泥混凝土鋪裝和厚度分別為5cm和10cm的瀝青鋪裝下的最不利日照溫度曲線，并按以直代曲和溫度場(chǎng)作用等效的原則，將實(shí)際曲線型最不利溫度曲線簡(jiǎn)化為多折線溫度梯度，這些溫度梯度模式將上、下緣最不利溫度應(yīng)力計(jì)算的溫度場(chǎng)揉

8、合在一起，便于計(jì)算使用。
　　 5、瀝青攤鋪溫度場(chǎng)及溫度作用的分析研究
　　 由于瀝青高溫?cái)備佀鸬臏囟葓?chǎng)在時(shí)間和空間上動(dòng)態(tài)變化，研究中為簡(jiǎn)化計(jì)算，先后從三維計(jì)算模型、縱向平面模型和橫向平面模型探討了瀝青高溫?cái)備仌r(shí)溫度場(chǎng)的計(jì)算方法，并最終確定了從全橋取出若干截面，用橫向平面模型來(lái)進(jìn)行溫度場(chǎng)計(jì)算的方法，以反映出全橋的溫度場(chǎng)情況。在此基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)橋進(jìn)行理論分析并與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 論文還從攤鋪時(shí)間、季節(jié)、橋

9、位緯度、自然環(huán)境條件、瀝青攤鋪厚度和攤鋪溫度等方面討論瀝青高溫?cái)備伜腿照盏木C合溫度場(chǎng)情況。最后，提出了瀝青攤鋪階段溫度應(yīng)力計(jì)算的分段簡(jiǎn)化方法，通過(guò)計(jì)算分析，掌握了各因素對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)溫度作用的影響情況。
　　 6、瀝青攤鋪期間溫度作用與其它可變荷載的組合分析
　　 在攤鋪過(guò)程中，縱向不同截面的溫度分布各不相同，為此在掌握各截面的溫度場(chǎng)特點(diǎn)和溫度作用原理的基礎(chǔ)上，細(xì)化了簡(jiǎn)化分段處理計(jì)算方法，將溫度作用與攤鋪機(jī)械作用進(jìn)行最不利工