钢混凝土叠合梁斜拉桥日照温效应研究.pptx

1;钢-混凝土叠合梁 ;斜拉桥 ;第3页/共61页;; 温度的力学效应的直接体现就是温度应力的产生。物体的温度发生变化，由于它和不能自由伸缩的其他物体之间或是物体内部各部分之间相互约束所产生的应力就是温度应力，也叫做热应力。这是一种非外力作用所引起的应力，导致热应力的根本原因是温度变化与约束作用。其中的约束作用可以归纳为三种形式，即外部变形的约束、相互变形的约束，以及内部各部分之间变形的约束 。; 几乎所有的桥梁结构都长期地暴露于???然环境之中，无时不刻不受到温度、日照、雨雪、风霜等气候因素的作用。这些作用除了引发材料的化学反映而影响桥梁结构的耐久性以外，更重要的是它们产生的如上所述的温度效应严重影响了桥梁的受力特性而危及结构的安全 。 ;研究对象; 四方台大桥为双塔双索面支承体系叠合梁斜拉桥，全长，主桥长696m，其桥跨布置为44m+136m+336m+136m+44m,引桥长572.86m(主桥桥型图下图所示)。主桥采用了门式桥塔，南塔高，北塔高，桥面以上高度均为。距塔顶25m和92m分别设一道横梁和牛腿。主梁截面以两工字钢边梁肋、横梁及中间小纵梁与混凝土桥面板形成组合截面。两工字钢边梁肋间距为，工字钢梁高为，上下翼缘宽度均为。桥面板为混凝土实心板，厚，通过布置在钢主梁及钢横梁顶的剪力钉与钢梁结合。斜拉索为采用热挤聚乙烯钢缆，中间为φ7低松弛预应力高强度钢丝，外包PE防护材料。全桥共计斜拉索52对104根，呈空间扇形布置。南北桥塔基础各置26根直径为2m的钻孔灌注桩，桩长均为70m。; 哈尔滨市位于北纬44°4′至46°40′、 东经125°42′至130°10′之间，此范围属于中国典型的高纬度地区。该市历史最高气温38.5℃，最低气温-38.1℃，温差达到近80℃。另外，哈尔滨市的日温变化也十分显著，特别是在夏季，太阳辐射强烈，气温在白天比一些南方城市的还要高，而到了晚上，人们却须盖被子睡眠。跳跃性如此之大的热环境势必对四方台斜拉桥包括索力在内的全桥内力产生较大影响，而且这种温度效应的不利性几乎函盖了全国各地的情形，因此，摸清温度对四方台大桥受力状态的影响规律不仅具有较强针对性，而且具有一定的代表性。; ;引入比例常数可得：;;微元体热源的生成热 ;; 当不研究大体积混凝土构件浇筑阶段内部存在的水化热时，我们视结构内部无内热源， ，式 ;一般情况下，方程常用的边界条件(以平面问题为例)由以下三种方式给出： ; 对于一些物体形状规则、边界条件简单的传热学问题，用微积分的经典方法是可以得到温度场的解析解的。但是对于物体形状和边界条件都十分复杂的问题，解得温度场的解析解几乎是无法完成的，求解桥梁结构的温度场就是这样。然而，基于数值计算技术的有限元方法却能够很好地解决这个问题。有限元算法最早是在1943年被提出来的，它是解决结构和连续介质力学问题的一种近似方法，也可以被用来解其他类型的场问题。有限元法的基本思路是将一个连续求解区域分割成有限个数目的不重叠且按一定方式相互连接在一起的单子域(单元)。首先设定每个单元内的近似解，并用有限数目的未知参数(自由度)来描述单元的行为特性。然后将各单元的关系式结合成议程组，解方程组求出这些未知参数。如果将区域划分成很细的网格，当单元的尺寸变得越来越小时，场变量离散化的误差消失，就可以认为得到了精确解答 。;钢-混凝土叠合梁截面日照温度分布的仿真计算 ; 边界条件的确定是进行有限元计算的前提。已经知道，求解温度场的边界条件有三类：第一类边界条件规定了边界上的温度值；第二类边界条件规定了边界上的热流密度；第三类边界条件规定了边界上物体与周围流体的表面传热系数及周围流体的温度。工程实践经验表明，最符合结构在自然环境中的热交换状况的是第三类边界条件，即：;德国学者F.凯尔别克认为，处于室外大气中的结构物，在吸热与放热的综合作用下，通常处于一个如下的热流密度条件：太阳直接辐射( )、天空辐射( )、太阳辐射和天空辐射的反射( )、大气逆辐射( )、地表环境辐射与逆辐射的反射( )、构件的辐射( )和对流热交换( )。如果桥梁结构长期经受周期性的热交换作用，则经过一段时期后，桥梁结构就达到热流平衡。于是，整个系统处于一种稳态波动状态。根据所有流向和流离结构外表面的热流密度相对地处于平衡，建立平衡方程，可以求解结构外表面上的温度 。; 求解 F.凯尔别克写出的上述方