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。