【博士】混凝土橋梁結構日照溫度效應理論及應用研究【2007】

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　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度： 2007年　　混凝土橋梁結構在太陽輻射和氣溫變化等環(huán)境因素的影響下，引起非線性溫度分布，從而產(chǎn)生溫度應力和溫度位移。溫度應力的大小可與外荷載產(chǎn)生的應力相當，成為混凝土橋梁特別是混凝土箱梁裂損的重要原因之一。因此，混凝土橋梁的日照溫度效應受到廣泛重視。但是，由于問題的復雜性，現(xiàn)有的理論和計算方法還不夠完善，在混凝土橋梁設計中，往往采用過分簡化的計算模型和方法，導致溫度荷載取值和溫度應力計算出現(xiàn)較大的誤差。　　本文對混凝土橋梁日照溫度效應進行了深入的研究，對計算理論和方法進行了完善和改進，對日照溫度荷載的取值進行了分析和探討。根據(jù)太陽物理學、普通天文學以及傳熱學的有關理論，研究了混凝土橋梁結構與外界環(huán)境進行熱量傳遞的機理，系統(tǒng)地建立混凝土橋梁結構日照溫度場分析的邊界條件，建立了能夠滿足對任意復雜混凝土橋梁結構日照溫度響應進行數(shù)值分析的計算模型?！　炷翗蛄航Y構日照溫度效應分析的有限元法及實際應用進行了研究，并以ANSYS為軟件平臺，編制和開發(fā)了對不同類型混凝土橋梁結構進行日照溫度效應分析的程序模塊。利用編制的有限元程序模塊，著重對混凝土箱梁的日照溫度場和溫度應力進行了較為詳細的計算分析和參數(shù)研究，研究了太陽輻射強度、風速、氣溫、地理位置、橋梁方位、結構形式和材料參數(shù)等因素對日照溫度效應的影響?！　』炷翗蛄喝照諟囟葓鲆话愣际遣捎糜邢迒卧ê陀邢薏罘址ǖ葟碗s的數(shù)值方法進行分析，往往需要大量的計算工作和時間，不便于實際應用。本文提出了箱形梁、空心墩等薄壁結構日照溫度分布計算的解析方法。該方法假定溫度分布是沿混凝土壁厚的一維周期性溫度場，通過求解熱傳導方程，得到富利葉級數(shù)形式的溫度分布解析解，該級數(shù)收斂很快，只需取少數(shù)幾項即可得到足夠精確的結果?！　炷翗蛄航Y構三維溫度應力的計算方法進行了研究。基于熱彈性力學理論，推導出了溫度應力的一個積分性質(zhì)，并以此為基礎提出了混凝土橋梁結構三維溫度應力的一般計算方法，該方法將三維問題轉(zhuǎn)化為二維問題進行分析，考慮了由于泊松效應引起的各應力分量間的耦合作用。著重對混凝土箱梁等薄壁結構的三維溫度應力進行了研究，提出了實用計算方法，只需運用結構力學方法即可實現(xiàn)考慮應力分量之間耦合關系的三維溫度應力空間分析，簡便實用。通過計算實例，驗證了所提出的三維溫度應力計算方法的準確性，同時表明傳統(tǒng)的溫度應力計算方法存在較大的計算誤差?！　〗榻B了國內(nèi)外橋梁規(guī)范有關溫度荷載取值和溫度效應計算的規(guī)定，并進行了總結、分析和比較：對我國現(xiàn)行鐵路橋梁設計規(guī)范(TB 1 0002．3—2005)和公路橋梁設計規(guī)范(JTG D62m2004)的溫度應力計算方法進行了探討，對日照溫度梯度荷載的取值和溫度應力計算方法提出了看法和建議。根據(jù)典型氣象臺站的歷史氣象資料進行日照溫度場分析和計算，通過概率統(tǒng)計分析，提出了我國不同地區(qū)的日照梯度溫差建議值，以供混凝土橋梁設計參考?！　?

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