圓端形空心墩日照溫度效應研究.pdf

1、圓端形空心墩受日照及氣溫變化等因素影響，其內(nèi)部溫度呈非線性分布，從而產(chǎn)生應力，導致結(jié)構(gòu)開裂，危及結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性。要研究圓端形空心墩溫度應力，首先要研究其溫度分布情況。目前在工程設(shè)計中一般以半經(jīng)驗半理論公式確定橋墩的日照溫度場分布，把三維熱傳導問題簡化為沿幾個方向的一維熱傳導問題，該方法精度較低，并且取值缺乏實測依據(jù)。由于環(huán)境氣候因素的多樣性、隨機性和不確定性，圓端形空心墩的溫度分布是一個復雜邊界條件的三維瞬態(tài)熱傳導問題，這就需要精

2、度較高且以實測為依據(jù)的模擬分析方法。
　　1973年德國學者Kehlbeck對太陽輻射、大氣輻射、地表反射、結(jié)構(gòu)物表面對外輻射和對流熱交換、氣溫變化等影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)溫度分布的各種因素進行了深入分析，建立了求解混凝土橋梁結(jié)構(gòu)溫度問題的較為全面的邊界條件模型。由于該模型比較復雜，1983年Elbadry在對箱梁的日照溫度分析研究中對此模型進行了簡化，使其更適于工程應用，此后該模型被后來的眾多學者在橋梁結(jié)構(gòu)溫度分布的數(shù)值計算中所采納

3、或借鑒。然而，由于空心橋墩與箱梁的壁面朝向并不相同，用相同的簡化模型必然會產(chǎn)生誤差。
　　本文以某圓端形空心橋墩為研究對象，結(jié)合溫度場實測與理論模擬兩種方法研究其溫度分布規(guī)律。通過以一年為周期的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)收集，分析總結(jié)了其溫度變化及分布規(guī)律。利用Kehlbeck提出的理論模型，結(jié)合空心墩的壁面朝向與氣象數(shù)據(jù)，修正了Elbadry所提出的簡化公式，建立了圓端形空心墩在日照及日溫變化影響下溫度分布的分析模型。根據(jù)該模型，結(jié)合實測溫度

4、數(shù)據(jù)，確定了圓端形空心墩日照熱分析邊界條件，利用有限元分析軟件ANSYS計算了其在日照及日氣溫變化影響下的溫度分布，并與實測數(shù)據(jù)進行對比，分析結(jié)果表明，利用該方法所得到的溫度分布數(shù)據(jù)可以很好地擬合實際溫度分布。
　　利用上一步的圓端形空心墩溫度場計算結(jié)果，通過有限元軟件ANSYS的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能進一步計算其溫度應力，總結(jié)了其日照溫度應力分布規(guī)律。
　　由于圓端形空心墩各壁面所接受的日照輻射強度與其朝向有關(guān)，為探究在不同的橋