鋼管混凝土結(jié)構(gòu)溫度場分析及基于邊界元法的脫空識別.pdf

1、鋼管混凝土作為一種新興的組合材料，由于自身突出的性能和特點，最近30年來在我國建筑方面，尤其是拱橋建設(shè)方面取得了飛速發(fā)展。但是，據(jù)統(tǒng)計，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用過程中普遍存在脫空問題，對結(jié)構(gòu)的安全運行是一種潛在威脅，制約著鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展，因此對脫空問題進(jìn)行研究和分析具有十分重要的意義。本文從脫空對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)熱學(xué)性能的影響出發(fā)，主要研究脫空問題的兩個方面：(1)脫空對結(jié)構(gòu)溫度場的影響；(2)基于邊界元法進(jìn)行脫空識別的方法研究。<

2、br>　　本文以處于自然環(huán)境的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)為研究對象。首先運用CFD軟件中的太陽加載模型對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在主要受到太陽輻射作用時進(jìn)行截面非穩(wěn)態(tài)溫度場的模擬計算，通過對比不同時刻、天氣條件和季節(jié)情況下結(jié)構(gòu)正常截面和脫空截面的溫度分布以及壁面溫度，研究了脫空對結(jié)構(gòu)溫度場的影響。結(jié)果表明，在太陽輻射作用下脫空使得結(jié)構(gòu)溫度場非線性分布增強(qiáng)，而且脫空區(qū)域的壁面溫度升高，脫空截面的壁面溫度區(qū)間增大，二者隨著脫空區(qū)域的增大而升高；兩類截面的壁面最大

3、溫差在夏季晴朗天氣情況下13時和14時左右達(dá)到最大。
　　鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的壁面溫度在自然條件下是不穩(wěn)定的，而且脫空對壁面溫度的影響容易受到測溫誤差的干擾，由此推翻了原來基于自然條件下結(jié)構(gòu)的壁面溫度進(jìn)行脫空識別的想法，本文選擇夜晚情況下在鋼管混凝土結(jié)構(gòu)表面布置加熱板使結(jié)構(gòu)達(dá)到相對穩(wěn)定的狀態(tài)，根據(jù)這種條件下結(jié)構(gòu)的壁面溫度，基于邊界元法進(jìn)行了脫空的識別反演。脫空識別的平均相對誤差只有0.88％，說明了該條件下進(jìn)行脫空識別的可行性。

4、>　　最后，本文分析了不同的參數(shù)對鋼管混凝土脫空識別的影響，包括：加熱板位置、大小以及加熱板熱流密度，測溫誤差和測溫點數(shù)。結(jié)果表明，加熱板布置于脫空區(qū)上部時，脫空識別精度較高；加熱板面積增大、熱流密度增大以及增加壁面測溫點數(shù)都會提高脫空識別的精度；而測溫誤差對脫空識別的影響較大，考慮實際的測溫誤差為1K時，在本文情況下脫空識別平均相對誤差達(dá)到了6%；在一定外部條件下，隨著鋼管混凝土界面脫空尺寸減小，相應(yīng)的脫空識別精度降低。為了取得良好的