圓端形空心墩日照溫度效應(yīng)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(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開(kāi)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(yīng)力，首先要研究其溫度分布情況。目前在工程設(shè)計(jì)中一般以半經(jīng)驗(yàn)半理論公式確定橋墩的日照溫度場(chǎng)分布，把三維熱傳導(dǎo)問(wèn)題簡(jiǎn)化為沿幾個(gè)方向的一維熱傳導(dǎo)問(wèn)題，該方法精度較低，并且取值缺乏實(shí)測(cè)依據(jù)。由于環(huán)境氣候因素的多樣性、隨機(jī)性和不確定性，圓端形空心墩的溫度分布是一個(gè)復(fù)雜邊界條件的三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)問(wèn)題，這就需要精

2、度較高且以實(shí)測(cè)為依據(jù)的模擬分析方法。
　　1973年德國(guó)學(xué)者Kehlbeck對(duì)太陽(yáng)輻射、大氣輻射、地表反射、結(jié)構(gòu)物表面對(duì)外輻射和對(duì)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(jìn)行了深入分析，建立了求解混凝土橋梁結(jié)構(gòu)溫度問(wèn)題的較為全面的邊界條件模型。由于該模型比較復(fù)雜，1983年Elbadry在對(duì)箱梁的日照溫度分析研究中對(duì)此模型進(jìn)行了簡(jiǎn)化，使其更適于工程應(yīng)用，此后該模型被后來(lái)的眾多學(xué)者在橋梁結(jié)構(gòu)溫度分布的數(shù)值計(jì)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(jiǎn)化模型必然會(huì)產(chǎn)生誤差。
　　本文以某圓端形空心橋墩為研究對(duì)象，結(jié)合溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)與理論模擬兩種方法研究其溫度分布規(guī)律。通過(guò)以一年為周期的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)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(jiǎn)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(shí)測(cè)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(jì)算了其在日照及日氣溫變化影響下的溫度分布，并與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)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?cái)M合實(shí)際溫度分布。
　　利用上一步的圓端形空心墩溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果，通過(guò)有限元軟件ANSYS的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能進(jìn)一步計(jì)算其溫度應(yīng)力，總結(jié)了其日照溫度應(yīng)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(qiáng)度與其朝向有關(guān)，為探究在不同的橋