大跨混凝土箱梁桥日照最不利温度场及温度应力研究

• 作 者: 张誉瀚
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2017年期
• 关键词: 混凝土箱梁 太阳辐射 最不利温度场 温度应力 有限元法

桥梁是长期暴露在自然环境下的结构物,在桥梁的全寿命周期内必然会受到太阳辐射、气温变化等温度作用的影响,而温度作用是导致混凝土箱梁桥产生裂缝的主要因素之一。目前,各国规范对混凝土箱梁桥的温度分布模式并没有统一的规定,同时由于地区气候条件的不同温度分布模式具有明显的区域化特点。海洋环境下混凝土箱梁桥的温度场分布不同于其他地区,温度裂缝对混凝土箱梁的安全性、适用性、耐久性的影响更大。因此,开展海洋环境下混凝土箱梁桥的最不利温度场及温度应力的研究,确定符合跨海预应力混凝土连续梁桥实际情况的温差分布模式对指导后续类似桥梁设计具有重要意义。选择夏季太阳辐射强烈与冬季寒流入侵的典型天候在施工阶段对曹妃甸区纳潮河2#大桥关键截面分别进行了 10天最不利正温度场与3天负温度场的现场实测。系统地分析了混凝土箱梁顶板、底板及腹板的温度场及温度应力的分布规律,并对实测数据进行曲线拟合,得到跨海连续箱梁桥施工阶段的最不利竖向、横向温度梯度。结合太阳物理学、气象学、传热学的相关理论,建立了箱梁日照温度场分析的边界条件。同时,考虑箱梁长翼缘对腹板的阴影遮蔽作用,建立了混凝土箱梁日照最不利温度场及温度应力仿真分析的有限元计算模型。以曹妃甸区纳潮河2#大桥为工程算例,采用有限元分析软件ANSYS对箱梁瞬态温度场进行仿真分析,得出最不利正温度梯度发生当天测试截面各时刻的温度分布云图,将各测点温度时程曲线、箱梁最不利正温度梯度的计算曲线与实测曲线进行对比,验证环境与热工参数选取合理,采用有限元软件ANSYS对温度场进行数值模拟具有较高精度。根据热传导有限单元法原理,使用ANSYS建立平面模型进行热-应力耦合分析,采用APDL编制宏文件,将瞬态热分析得到的节点温度作为载荷施加在后续应力分析中,探讨混凝土箱梁桥的温度效应,主要分析最不利正温度梯度作用下关键截面的纵、横向温度自应力的分布规律。