寒流作用下钢管混凝土高墩温度场观测与效应分析

基于雅泸高速公路腊八斤特大桥温度场连续观测结果,研究了寒流作用下钢管混凝土高墩温度场的分布和变化规律。利用数理统计方法,拟合了截面寒流降温模式的温度梯度,结果表明:沿钢管混凝土柱截面径向温度变化中,越靠近钢管中心,温度变化越滞后于大气温度;寒流作用下钢管混凝土柱截面径向的温度梯度可用三次多项式来表示;腹板温差可用指数函数来表示。负温差使高墩表面产生较大的拉应力与墩顶偏位,且对成桥后的内力有着不可忽视的影响。     

考虑遮挡的钢管混凝土拱桁日照温度场

为掌握桁式钢管混凝土拱桥各拱肋截面在日照作用下的温度场分布,对一座进藏铁路上的大跨度大管径钢管混凝土拱桥进行了研究,采用数值方法模拟计算了拱肋各弦管在夏季及冬季日照下的温度场。计算结果显示:在该地区环境中,桁式钢管混凝土拱肋的各弦管截面温度场均与日照变化规律一致,并随日照变化呈现明显的非线性特征;上弦管受遮挡作用较小,钢管温度最高升温位置始终位于向阳面,而管内混凝土的温度变化主要受整体环境温度影响,保持比较平稳的变化,受日照影响不明显;下弦管受到遮挡影响,整体温度场低于上弦管,外侧钢管温度变化较内侧明显,管内混凝土对日照作用不敏感。研究结果表明:桁式钢管混凝土拱肋截面上、下弦管的日照温度场有较大差别,设计中应分别取用温度值。     

日照作用下钢管混凝土构件截面温度场有限元分析

提出日照作用下钢管混凝土构件截面温度场的有限元计算方法。日照作用下钢管混凝土构件表面的热流考虑钢管外表面与周围大气之间的对流换热、太阳辐射引起的钢管表面的辐射换热和钢管表面吸收的太阳辐射能,从而将边界条件简化为用牛顿传导定律表达的第3类边界条件。通过将构件表面分成4个区域来实现日照边界条件中太阳辐射强度的简化计算,其中,竖立构件表面可分为东、西、南、北朝向面上的太阳辐射;横放构件表面可分为东、西、水平面上的太阳辐射和仅与大气产生对流换热的一面。算例分析表明,有限元计算结果与实测结果吻合良好,可供今后研究和工程应用参考。今后有必要对通用程序进行二次开发,以简化目前复杂的太阳辐射作用的计算。     

钢管混凝土拱桥温度内力计算时温差取值分析

提出钢管混凝土事拢温度的概念，进行了钢管混凝土的构件截面温度场测试和钢管混共桥温度变化值的计算机分析，分析结果认为，钢管混凝土拱桥的计算合拔温度以决于管径和这内混凝一一个月内的平均温度以及空钢管合拢温度。钢管混凝土拱桥的计算温度取日平均较为合理。     

大温差条件下水泥混凝土道面接缝形式研究

对水泥混凝土道面的温度场进行了现场测试试验,以温度实测值为基础,应用有限单元法对大温差条件下水泥混凝土道面采用的三种纵缝接缝形式的使用性能进行了研究。结果表明：道面板项面温度变化最大;温度变化量随道面板埋深的增加而减小,板底温度变化量最小,且不同埋深间的温度分布曲线存在时间差。因温差过大导致的温度应力偏大,易在拉杆端部造成破坏,不应采用设拉杆的企口缝,而应采用平缝。     

薄壁空心高墩日照温度场试验及数值模拟

为研究薄壁空心高墩的日照温度场分布规律及最不利正温差分布模式,以石门特大桥施工监测为基础,运用ANSYS软件建立高墩截面二维温度场有限元模型进行数值模拟,与现场实测数据对比分析,采用最小二乘法拟合出高墩径向最不利正温差分布模式。研究表明:高墩东侧、南侧、北侧、西侧内外表面日照最大正温差出现时刻分别为12:00、15:00、16:00、17:00;石门特大桥空心薄壁高墩截面南侧的径向正温差分布模式为T_x=19.0e~(-7.8x);合理选取混凝土结构温度场边界条件计算公式,运用ANSYS进行仿真分析具有较高精度。     

大跨径预应力混凝土连续梁桥温度场试验研究

为研究大跨径预应力混凝土连续梁桥在实际服役环境下顶板、腹板和底板随时间变化的温度分布状况,通过埋设传感器,对依托工程桥梁在日照作用下的温度场分布做了试验研究,结果表明:在高温、风速较小的天气情况下,箱梁混凝土温度变化不同步,从外到内依次延后,温度达到极值的时间依次滞后;混凝土的内部温度变化情况最小,箱梁底板和顶板位置会出现竖向温差,腹板位置会出现横向温差,并且竖向温差也会出现在沿腹板的竖向位置。     

乌海黄河大桥箱梁截面日照温度场及温度应力研究

桥梁结构在日照作用下会产生不均匀温度场,出现温度应力,给桥梁的正常使用造成威胁。文中以乌海黄河大桥为研究背景,基于热分析基本理论,利用ANSYS软件建立二维箱梁截面模型,对砼箱梁进行温度场数值分析,得出箱梁截面各时刻温度场分布和沿梁高方向温差分布曲线,并求解温度应力分布及截面关键路径上温度应力变化情况。     

马岭河特大桥索塔锚固区日照温度效应分析

为研究斜拉桥索塔锚固区受温度变化或温度不均而引起的温度效应,针对马岭河特大桥非对称六边形索塔锚固区节段进行了日照辐射作用下的温度效应分析,将太阳辐射的影响等效为索塔周围环境温度的升高,得到了考虑太阳辐射的混凝土索塔结构边界条件;通过有限元分析,确定了不同时刻索塔各方位塔壁的最不利温度场分布,并得到了对应温度场作用下的日照温度应力分布.研究结果表明,索塔锚固区截面折线长边与短边连接部位的内侧转角处温度拉应力最大,设计和施工时应加强该处的局部配筋构造.     

预应力混凝土箱梁日照温度场试验及仿真分析

通过对某大跨预应力连续箱梁桥进行连续数日的温度场观测试验,验证了我国最新规范关于日照温度效应设计条款的可靠性;同时基于平面非稳态温度场理论,引入箱梁截面温度分布求解的解析模型,应用ANSYS有限元软件对实桥进行日照作用下温度场分布的时程仿真分析,而后将解析模型所得结果同现场试验结果进行比较,验证了预应力混凝土箱梁温度场引入数值仿真分析的可行性。     

太阳辐射作用下钢管混凝土拱不均匀温度场及其引起的脱空分析与试验研究

为厘清太阳辐射作用下钢管混凝土拱肋内部的不均匀时变温度场,剖析其对钢管混凝土脱空效应的影响机制,并为钢管混凝土拱桥的脱空病害防治奠定理论基础,依托受日照辐射较强的贵州香火岩特大跨钢管混凝土拱桥实际工程,建立考虑钢管与混凝土界面接触关系的精细化温度-应力耦合数值模型;基于ASHRAE晴空模型及温度场计算理论,开展了钢管混...     

钢管混凝土桁拱热脱粘及温度应力分析

以一座钢管混凝土桁拱为工程背景,结合气象资料,应用有限元方法对拱肋弦管的热脱粘情况和温度应力进行了分析.分析结果表明,自然环境温度变化下,钢管混凝土桁拱弦管容易发生脱粘;各弦管由于日照作用及混凝土灌注时间的不同,脱粘的情况也不尽相同,脱粘一般发生在日照较为强烈、温度梯度较大的面上;脱粘使得钢管混凝土桁拱的温度次内力减小...     

钢管混凝土桁拱温差计算取值研究

以经实桥实测温度场验证的有限元方法,对一座钢管混凝土桁拱的计算合龙温度、有效温度取值进行了分析。分析表明,大气平均温度对钢管混凝土桁拱的计算合龙温度的影响最大,该拱肋的计算合龙温度大致为混凝土浇注后28 d内平均气温加3～5℃,冬季合龙取小值,夏季合龙取大值;日照作用对最低有效温度的影响不大,而对最高有效温度的影响很大,最高有效温度接近当地全年最高温度,最低有效温度接近当地最低日平均温度,弦管管径、钢管表面的辐射吸收率的影响都较为明显,而拱平面方位的变化和风速的影响不大。通过大量的参数分析,给出了福建省钢管混凝土桁拱的计算合龙温度和最高、最低有效温度的取值建议。     

日照作用下钢管混凝土桁拱温度场实测研究

通过对一座钢管混凝土桁拱肋截面布置温度测点并在现场布置小型气象站,进行了拱肋截面温度场的测试及气象资料的采集,对各弦管的温度分布进行了分析,并应用有限元法分析了各弦管的平均温度以及由此引起的温度应力。结果表明:桁拱各弦管的温度分布中,在与太阳升落方向平行的系列上,上、下弦管温度分布相近;在与太阳升落方向垂直的系列上,左、右弦管的温度分布接近;桁拱各弦管的温度分布及平均温度与单圆管接近,实际分析中可按单圆管来考虑;桁拱各弦管之间的平均温度相差较小,由其引起的温度应力也较小,弦管与腹管的温差对弦管和腹管的应力影响均较小,实际计算中可不考虑。     

高海拔特长隧道低温大风环境及对围岩-结构温度场的影响

为探明高海拔特长隧道洞外低温大风的成因、特征及对洞内风场、围岩-结构温度温度场的影响，以国道317线雀儿山隧道为工程依托，采用气象站、手持风速仪、红外测温仪、埋入式多点铂电阻温度传感器等，对冬季隧道贯通前后进出口两端隧址区、洞内净空风速、风向、温度以及隧道轴向、径向的围岩-结构温度场进行现场实测，分析低温大风成因和特征、隧道贯通前后负温区范围、风速风向变化规律以及对洞口段和洞深部围岩-结构温度场的影响。研究结果表明：受高原大尺度大气环流产生的高原季风以及雀儿山两侧日照时间、地形引起的小尺度范围内自由大气热力差影响，隧址区冬季风速高、温度低；大风时段主要集中在14：00~21：00，平均风速达10 m·s^-1，负温时段主要在19：00~8：30，隧道进、出口日最大气温差分别为23.5℃和28℃；隧道贯通前，进出口两端负温区段在860 m以内；贯通后，出口端主洞和平导负温区段为1 200，1 280 m，分别比进口端长了340，420 m；贯通前后，隧道深部最低风速分别为1.1，2.2 m·s^-1，洞内风向由两端向洞内方向转化为主要由出口向进口方向；隧道洞口浅埋段围岩和衬砌结构径向负温范围在贯通前为1.20 m，贯通后为0.80 m，且在上述范围内温度变幅较大；低温大风对隧道深部的围岩温度影响不大，但对结构表面温度影响明显，由于变温区主要集中在二衬混凝土结构内部，因此要重视结构内部产生的冻胀作用。     

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24 m+40 m+24 m,结构体系为连续刚构。试验采用400 kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明：在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋（开孔钢板加劲肋）,其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。     

基于日照阴影识别的桁式拱肋三维温度场模拟方法

为精确高效地识别桁式拱肋的阴影分布范围并准确计算日照温度场，在传统三维温度场计算方法的基础上，引入三角形重心坐标及栅格加速结构，形成一套高效三维温度场模拟方法。首先，将光线追踪技术的阴影识别算法嵌入ABAQUS软件的自定义热源(DFLUX)子程序，实现了三维日照温度场的数值模拟，给出了详细的计算流程并验证了该方法的准确性；其次，选取高效的相交算法与合理的栅格划分方式解决了复杂结构桥梁阴影识别计算量庞大、计算效率低下的问题；最后，利用该方法计算了桁式拱肋的日照温度场并量化了温度效应。结果表明：提出的模拟方法可以实现阴影的精确识别与结构三维温度场的准确计算，通过引入基于栅格加速结构的三角形重心坐标法可以有效减少阴影识别的计算量，显著提升计算效率;日照阴影对桁式拱肋温度场及温度效应的影响不容忽视，考虑日照阴影后：下弦杆温度纵向波动十分显著，且波动幅度随着太阳辐射强度的增强逐渐增加，相邻的光照、阴影区域最大温差达13.0 ℃,拱肋竖向位移减小19%，上弦管上缘应力最大增加12.9 MPa，下弦管上缘由受压状态转变为受拉状态，应力差值达39.1 MPa;桁式拱肋的日照温度效应十分突出,日照温度作用下拱顶位移变化幅度达76 mm，较钢管混凝土拱肋拱圈施工允许误差大26 mm,最大温度应力达58.7 MPa，为恒载效应的3倍，叠加温度效应后钢管最大初应力为110 MPa，为空管稳定承载应力的32%;提出的模拟方法在桁式拱肋日照温度效应分析中得到了成功应用，亦可应用于大跨复杂结构的施工线形精细化控制、健康监测数据的温度响应分离及结构损伤识别中的温度模态频率剔除等多个场景。     

钢管混凝土拱肋施工过程截面温度特性分析

应用大型通用程序对钢管混凝土构件截面温度场进行计算。对不同的水化热计算模型进行比较分析,认为复合指数式较为合适。对钢管壁厚、管径、混凝土导热系数等参数对钢管混凝土拱肋施工过程截面温度特性的影响进行了分析,结果表明:钢管壁厚影响较小,而管径的影响较大;混凝土导热系数对截面温度场有一定的影响,但对于同一种骨料的混凝土其影响不大。