基于广义极值分布的大跨刚构桥温度梯度研究

为了确定混凝土箱梁内部最不利正、负温度梯度分布形式,对处于成桥阶段的某大跨径混凝土连续箱梁桥进行了为期13个月的持续温度观测。在现场采集温度数据的基础上,采用概率统计分析后运用广义极值分布的方法计算沿箱梁高度方向和沿腹板宽度方向最不利正温度梯度及顶板、腹板和底板厚度方向最不利负温度梯度,并建立结构整体模型和温度控制截面模型进行不同温度梯度形式下温度效应研究。结果表明:计算得出的实测最不利温度梯度与规范规定的温度梯度不同,为观测桥梁所在地区分析混凝土箱梁温度效应影响提供指导。     

陕西地区桥梁结构温度作用特点

桥梁结构的温度作用与其所在地区的气候特点非常相关。为得到陕西地区桥梁结构温度作用的特点,首先根据陕西地区的气候特点,选取典型城市分别代表严寒地区、寒冷地区以及温热地区。在统计历年最高和最低日平均气温,以及历年最高和最低气温数据的基础上,根据《公路桥涵设计通用规范》的计算方法得到陕西不同气温区域的结构有效温度标准值。其次,选取某实际工程中混凝土小箱梁,以及钢桥面钢梁和混凝土桥面钢梁,分别建立了有限元模型,计算分析了其在不同气温区域时的竖向温度梯度分布。对比计算结果与规范表明:规范中针对结构有效温度标准值的取值总体较为保守,但是针对钢桥面钢桥、混凝土桥面钢桥在寒冷地区和温热地区时的最高有效温度标准值取值略偏于不安全;不同截面形式的梁在沿梁高方向存在明显的非线性温度梯度;同一种梁在不同地区最不利时刻的截面温度分布模式基本一致,地区差异较小;不同截面形式的梁中,混凝土小箱梁截面平均温度最小、但沿梁高方向竖向温差最大,而钢桥面钢梁截面平均温度最大、但在沿梁高方向竖向温差最小;规范中竖向温度梯度分布模式较计算结果偏于安全,但是规范中没有考虑混凝土小箱梁底板位置明显的负温度梯度的情况。     

大跨度混凝土连续箱梁桥温度效应研究

为探明大跨度混凝土箱梁桥施工及成桥阶段的温度场及温度效应，以某实际箱梁桥为研究对象，基于现场监测的温度数据，拟合得到日照作用下混凝土箱梁的竖向温度梯度模式，并在此基础上，建立桥梁各阶段的温度效应结构计算模型，重点研究了箱梁桥在现场监测及各国规范规定的温度梯度模式下的温度应力及竖向挠度分布规律，分析了现场监测得到的最不利竖向温差模式下混凝土箱梁截面的横向及竖向温度应力分布规律。研究结果表明：1)中国《铁路桥涵混凝土结构设计规范》(TB 10092—2017)规定的温度梯度模式的计算结果与依托工程桥梁现场监测结果一致性最好，英国桥梁规范接近；2)混凝土箱梁的顶板和底板主要承受横向温度应力，腹板主要承受竖向温度应力。     

预应力混凝土箱梁温度梯度荷载下的应力研究

基于实桥测试研究混凝土箱梁温度场分布规律并计算实测温度梯度,考虑最不利太阳辐射和大气温度等气象因素作用,采用有限元法建立混凝土箱梁温度场模型及理论竖向正温度梯度,计算不同竖向正温度梯度下的温度效应,并同现行规范进行比较。研究表明,规范温度梯度得到的上缘应力为实测和理论温度梯度的1.2倍左右。规范对于箱梁下缘应力和挠曲变形的考虑相对保守,在缺乏实测数据时,可采用理论正温度梯度进行温度应力计算。     

钢-混凝土组合梁桥温度场及温度效应研究

为研究钢-混凝土组合结构梁桥的温度场及温度效应,以一座钢-混凝土组合梁桥实际工程为研究对象,对其温度场进行了实测,并通过最小二乘法拟舍得到沿截面竖向的最不利温度梯度模式,与我国现行规范中规定的温度梯度模式进行对比,最后通过建立实桥的有限元模型分析了两种温度梯度模式作用下的桥梁结构响应.研究结果表明:钢-混凝土组合结构混凝土桥面板与钢梁接触的局部范围内存在较大温差;由实测温度场拟舍得到的温度梯度模式与我国现行规范规定的温度梯度模式形式上有所差别.     

基于施工状态的斜拉桥温度梯度及温度效应研究

以某斜拉桥为实例,根据现场实测数据,考虑温度梯度影响,研究混凝土箱梁横向、竖向温度梯度及索塔横截面温度梯度,并计算索梁温度效应、主梁竖向温度梯度效应、索塔温度梯度效应对拉索索力、主梁竖向位移的影响。计算结果表明:索塔温度梯度、主梁温度梯度、索梁温差对主梁施工竖向位移、拉索索力张拉值影响较大,施工案例表明,在施工中考虑实测温差影响,进行温度修正,可有效提高施工精度。     

混凝土箱梁温度梯度模式的地域差异性及分区研究

为了对混凝土箱梁温度梯度中温差取值的地域差异性和分区进行研究，对一混凝土箱梁桥开展长期温度场测试与有限元数值模拟，通过实测数据给出混凝土箱梁竖向温度梯度曲线形式，采用广义极值分布得到温度梯度中的温差代表值。建立有限元模型对中国34个主要城市混凝土箱梁温差进行计算，以地理、气象参数回归计算温差代表值的经验公式，在此基础上，对中国361座城市的混凝土箱梁温差代表值进行初步分区。研究结果表明：基于实测数据的混凝土箱梁竖向温度梯度曲线接近于新西兰规范推荐的"顶部5次抛物线"和"底部线性段"的形式；混凝土箱梁的顶部温差T₁和底部温差T₂分别服从参数为W（6.86，4.49，-0.42）和W（-0.32，1.46，-0.40）的Weibull分布，广东东莞地区混凝土箱梁顶、底部50年重现期的温差代表值分别为17.3℃和3.1℃；建立了以纬度l、海拔H和日温差T_V为参数的混凝土箱梁顶部温差代表值T_1，ref和底部温差代表值T_2，ref的经验公式，可以很好地反映中国混凝土箱梁温差取值的地域差异性，与已有研究成果亦可相互验证；基于经验公式，初步将中国划分为4个区域进行温差取值，4个区域T_1，ref的取值分别为18℃，20℃，23℃，29℃，T_2，ref的取值分别为4℃，5℃，6℃，7℃；提出的经验公式和温差代表值分区仅适用于100 mm沥青铺装的混凝土箱梁，研究方法和结论可为中国规范关于混凝土箱梁桥温度作用的完善提供参考。     

基于实测的混凝土箱梁腹板横向温度效应研究北大核心

为研究混凝土箱梁腹板横向温度梯度的特征以及横向温度梯度对桥梁结构应力的影响,以某大桥连续刚构辅桥为背景,对混凝土箱梁腹板横向温度效应进行研究。该桥为主跨268m的连续刚构桥,南北走向,分幅布置,墩顶处混凝土箱梁腹板厚度达到1m。基于该桥1年的实测温度,首先使用最小二乘法拟合实测温度,得到箱梁腹板横向正、负温度梯度;然后通过有限元方法计算分析实测温度梯度中考虑与不考虑腹板横向温度梯度时的温度效应。研究结果表明:腹板横向正温度梯度可只考虑单侧腹板,腹板横向负温度梯度则考虑腹板两侧对称布置;考虑腹板横向正温度梯度时,底板上缘拉应力增值较大;考虑腹板横向负温度梯度时,腹板外侧纵向应力由压应力变为拉应力,应力明显增大,混凝土箱梁腹板的横向温度效应在桥梁设计中不可忽略。     

基于实测的混凝土箱梁腹板横向温度效应研究

为研究混凝土箱梁腹板横向温度梯度的特征以及横向温度梯度对桥梁结构应力的影响,以某大桥连续刚构辅桥为背景,对混凝土箱梁腹板横向温度效应进行研究。该桥为主跨268m的连续刚构桥,南北走向,分幅布置,墩顶处混凝土箱梁腹板厚度达到1m。基于该桥1年的实测温度,首先使用最小二乘法拟合实测温度,得到箱梁腹板横向正、负温度梯度;然后通过有限元方法计算分析实测温度梯度中考虑与不考虑腹板横向温度梯度时的温度效应。研究结果表明:腹板横向正温度梯度可只考虑单侧腹板,腹板横向负温度梯度则考虑腹板两侧对称布置;考虑腹板横向正温度梯度时,底板上缘拉应力增值较大;考虑腹板横向负温度梯度时,腹板外侧纵向应力由压应力变为拉应力,应力明显增大,混凝土箱梁腹板的横向温度效应在桥梁设计中不可忽略。     

考虑截面竖向温差影响下钢绞线锚下预应力变化研究

为研究梁体截面竖向温度分布对钢绞线锚下预应力变化的影响,对施工期25m预制箱梁开展温度和锚下预应力实时监测。对实测数据开展统计分析,研究了考虑竖向温差影响下预应力变化规律。结果表明,太阳照射方向对梁体混凝土竖向温度分布具有显著影响,向光侧混凝土竖向温度差值离散性大,背光侧沿截面高度方向温度分布较为均匀;温差和锚下预应力呈现典型的负相关特征;选取梁顶、底温差作为影响因素,得到考虑梁顶、底温差影响下的预应力变化率计算公式,规范中梁顶、底设计温差对钢绞线锚下预应力变化达到-3.51%。     

西北极寒地区混凝土箱梁温度场实测与仿真分析

以新疆小沙河中桥为背景,通过试验实测与有限元分析,研究西北极寒地区混凝土箱梁温度场分布特点及其温度效应。选取2016年1月20日至2016年2月20日实测温度数据作为研究对象,分析结果表明:受太阳辐射的影响,梁高方向存在明显的温度梯度,测点T1,T4最大温差达到6.4℃,测点T4,T6最大温差达到5.6℃;腹板壁厚方向存在明显的温度梯度,测点T3,T5之间最大温差达到5.6℃;底板沿壁厚方向存在明显的温度梯度,测点T7,T8之间最大温差达到8℃。基于传热学分析理论,建立混凝土箱梁温度场有限元模型,选取2016年1月27日06:00到2016年1月28日06:00的实测温度数据,验证了混凝土箱梁温度场有限元模型的准确性。在验证有限元模型准确性基础上,计算日照升温和寒潮降温作用下混凝土箱梁梁高、腹板以及底板壁厚方向的温度场分布,计算分析最不利时刻温度场作用下的混凝土箱梁的温度效应,并与现有规范进行对比。研究结果表明:西北极寒地区带沥青铺装的混凝土箱梁竖向温度梯度与规范有所差别,箱梁顶板温差较小,而底板温差较大;日照下腹板温度高于顶板,降温时顶板温度高于腹板;温度效应计算较规范更为不利,降温时在底板产生的拉应力可能使混凝土产生开裂;在进行西北地区混凝土箱梁的设计计算时,建议根据桥位处气象数据对温度效应进行分析。     

大跨预应力混凝土连续箱梁桥日照温差效应

对某特大型预应力混凝土连续箱梁桥进行了连续4 d的温差效应观测,在实测数据的基础上论述了箱梁桥的温度场及其变化规律,继而提出了一种适合于中国中部地区的同时考虑箱梁竖向和横向温差的温度梯度模式,将该模式与实测资料进行了比较并分析了温差效应。结果表明:由该模式计算出的最大横向温差时刻与实测结果十分吻合,对箱梁桥日照温差效应的测试有参考价值。     

箱内边界模拟方法对箱梁截面温度场的影响研究

为准确模拟箱内温度,选择合适的箱内边界条件模拟方法进行箱梁截面温度场研究,以某混凝土箱梁桥为背景,实测其箱梁截面温度场,采用MIDAS FEA软件建立箱梁截面模型,分析4种箱内边界条件模拟方法(实测温度法、环境温度法、气温均值法和空气单元法)对箱梁截面温度场的影响,并分析极端温度下箱梁截面的平均温度。结果表明:对于箱梁截面温度日变化曲线,采用实测温度法的有限元计算值与实测值吻合最好,缺乏实测箱内温度时,采用空气单元法的有限元计算值与实测值吻合最好;4种方法对箱梁截面的平均温度及竖向正温度梯度的影响均较小;空气单元法可进行极端温度下的箱梁截面温度场分析。建议采用空气单元法进行混凝土箱梁截面温度场研究。     

混凝土箱梁温度梯度取值研究

为探讨我国规范中混凝土箱梁温度梯度取值的合理性,收集了全国28个主要城市64年的气象数据资料,基于气象参数,采用有限元法,研究了混凝土箱梁的最大竖向和横向温度梯度曲线及取值,拟合了采用日太阳辐射强度、日最高最低温度和日平均风速表示的最大温度梯度计算公式,并与既有规范进行了对比。研究表明:受地理位置影响,我国不同地区的最大温度梯度值有一定差别;基于日太阳辐射强度、日最高最低温度和日平均风速计算得到的梯度取值公式可用于估算我国不同地区的最大温度梯度值;短翼缘板箱梁在顶板和底板均有较大的横向温度梯度,在设计中不容忽视;公路桥规的统一温度梯度取值明显高估我国部分地区的最大温度梯度,需根据当地的气候条件合理取值。     

波形钢腹板箱梁桥竖向温度梯度效应研究

波形钢腹板梁桥因其结构组合的特殊性,在不同温度场作用下结构受力状态复杂。为明确现行不同标准对波形钢腹板组合梁桥竖向温度梯度效应的计算差别,文中基于某波形钢腹板组合箱梁桥建立精细化三维有限元计算模型,对比分析中、美规范中竖向温度梯度分布模式下的温度效应。结果表明,不同规范关于温度梯度的分布模式和取值存在明显差异,波形钢腹板连续梁桥在温差作用下温度效应显著,不容忽视,可根据桥梁所处环境对现行规范进行优化;在正、负温度梯度作用下,波形钢腹板均受到最大拉、压应力;正温度梯度作用下,按照美国AASHTO规范中分布模式可获得砼最大拉、压应力;负温度梯度作用下,按照中国JTG D60-2015规范中分布模式可获得砼最大拉、压应力。     

预应力砼箱梁温度效应研究

针对温度荷载作用引起预应力砼箱梁桥产生的裂缝问题,结合某箱梁桥,建立有限元三维模型进行数值模拟,对比分析在中、英、美规范中温度梯度荷载分布模式下预应力砼连续箱梁的温度效应。结果表明,预应力砼连续箱梁在温差作用下温度效应显著,中国规范中的竖向温度梯度分布模式与美国AASHTO规范和英国BS5400规范有一定差异,在考虑温度效应时选取合适的温度梯度分布模式至关重要;各国规范在竖向正温差作用下的温度应力均超过砼抗拉强度设计值,砼结构可能开裂,实际工程中应对桥梁截面温度进行监测以准确把握结构受力情况;进行宽桥设计时不容忽视横向温度梯度的影响。     

铺装层对T形梁桥梁竖向温度梯度的影响

为研究不同厚度、不同类型铺装层对T形梁温度梯度的影响,制作了2个钢筋混凝土T形梁试件并置于阳光下.从6月起至10月,对2个试件8个竖向断面146个测点的温度进行了连续监测.分析结果表明,日照下混凝土T形梁沿截面竖向高度的温度分布(温差)为非线性分布.沥青混凝土铺装层T形梁的竖向温度遵循对数函数和双折线分布函数,混凝土铺装层T形梁的竖向温度遵循指数函数和三折线分布函数.     

基于实测数据的悬索桥钢箱梁温度场特性研究

为明确大跨度悬索桥扁平钢箱梁温度和温度梯度特征,以南溪长江大桥正交异性钢箱梁为研究对象,基于健康监测系统中温度传感器的长期实测数据,采用分段函数描述环境温度和日照辐射共同作用下钢箱梁日温度变化曲线。在此基础上,采用高斯混合模型描述钢箱梁年温度多峰概率分布,并引入赤池信息判别准则(AIC)和贝叶斯信息判别准则(BIC)确定最优高斯分量数。统计钢箱梁一年日温差极值并进行参数评估,得到钢箱梁年温差极值分布模型。对年温差极值分布函数进行外推,得到设计基准期温差的极值分布函数并计算温差标准值。引入相关系数分析法对各温差组进行相关性分析,剔除实际不存在的温差模型。研究结果表明:相比正弦函数,分段函数能更准确地描述太阳辐射作用下箱梁截面日温度变化特征;当高斯分量数为3时,混合高斯模型拟合钢箱梁年温度概率分布最优;外推设计基准期模型能够较好地计算设计基准期温差标准值;通过相关性分析剔除了4组不存在的温差模式;得到顶板和腹板各8组温差模式;最后与《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中钢混结构竖向正温差设计值进行对比,一、二级温度梯度与设计规范分别相差4.2℃和2.3℃。     

广东虎门辅航道连续刚构桥混凝土箱梁的温度梯度研究

根据广东虎门辅航道连续刚构桥混凝土箱梁日照作用下的温度观测结果,研究箱梁沿断面高度方向的温度梯度分布规律。在参考国内外相关规范基础上,采用非线性回归方法提出该桥混凝土箱梁的温度梯度模式。利用空间有限元计算手段,针对箱梁的变形和应力对温度梯度模式的敏感性进行对比分析。研究结果表明,温度梯度模式对结构性能的影响很大。依据该桥温度观测数据提出的温度梯度计算模式可作为连续刚构桥混凝土箱梁日照温差作用下结构计算的重要参考。     

混凝土箱梁悬臂施工中温度梯度对标高影响的分析与控制

为研究混凝土箱梁悬臂施工阶段温度变形对成桥状态线形的影响,以苏北地区京杭大运河特大桥混凝土连续箱梁作为工程背景,进行了混凝土箱梁温度场的观测试验.在实测箱梁温度场数据的基础上,将传热学有限元分析结果与实测数据进行了比较.计算值和实测值吻合较好.从而验证了影响施工期间箱梁温度梯度的主要因素是太阳辐射强度和箱梁梗腋高度,定量确定了其与温度梯度之间的关系.研究表明,悬臂浇注施工箱梁温度梯度可以表达为太阳辐射强度和箱梁梗腋高度的函数,将计算温度梯度结果代入最大悬臂状态的计算模型中,可预测温度梯度对各节段箱梁立模标高的影响.