考虑逆辐射下的混凝土温度场日变化过程研究

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1、第9期广东土木与建筑No．92008年9月GUANGD0NGARCHIIIECTURECIVILENGINEERINGSEP2o08考虑逆辐射下的混凝土温度场日变化过程研究敖增慧1王卫锋2(1、广州市广园市政建设有限公司广州510010；2、华南理工大学广州510640)摘要：为了准确获得混凝土箱梁构件任一时刻的温度场分布，采用对气象站取得的太阳辐射资料进行分析处理，得到包含混凝土逆辐射的等效太阳辐射强度数据；再根据桥梁构件的物理热学性能，应用ANSYS软件对构件温度场进行模拟分析，其计算结果与实测值更吻合，该法进一步完善后可减

2、少或替代现场测试。关键词：温度场：太阳辐射：逆辐射部分．波长也远大于太阳辐射．又称地面辐射或长波1引言辐射．其辐射强度远小于太阳辐射1．2气象站对太阳辐射的测定及分析混凝土箱梁由于外界太阳照射以及气温的周期太阳辐射是气象观测指标中的重要内容．根据变化作用、加之混凝土的热传导性能较差．因此其内国际气象组织WMO标准要求．太阳辐射标准观测分部处于不同的温度状态本文提出一种根据气象站为总辐射、散射辐射、直接辐射、反射辐射、净全辐射提供的太阳辐射强度等气象资料和混凝土构件的物等．主要参数及关系式见表1理热学性能．采用大型通用有限元程序A

3、NSYS的热本文的气象数据由广州中心气象台提供．为气分析模块快速计算该构件内部任一时刻的瞬态三维象辐射观测一级站，共进行总辐射、散射辐射、太阳温度场的方法．并将其应用到巴江河大桥的温度场直接辐射、反射辐射和净全辐射等5组观测。笔者在模拟分析中．其计算结果与实测结果较为吻合。2006年7月22日8：00开始对广州西二环高速公路1．1太阳辐射巴江河大桥的混凝土箱粱进行了24h连续温度观测．太阳辐射在经过大气时．约有20％被大气中的监测数据详见表2臭氧、水和二氧化碳所吸收，约有30％被空气分子、尘表2测试当日的时太阳辐射测定数据埃、小

4、水滴等所散射．剩下的部分可直接到达地面。到达地面的太阳总辐射由两部分组成．一是通过大气直接到达地面的平行光线。称为太阳直接辐射：二是被大气所散射的．来自天空各方向的非平行光线．称为散射辐射地面向天空作出的辐射．其能量集中在红外线表1气象站测定的太阳辐射参数注)S与水平面夹角不为90。，故S会减少，其值与太阳高度角有关。42========j_=======：=：=：=====——————整——塑—蔓——堇—!———宣———塑——堑—!——的—混—凝土温度’场’日’变⋯化一过程⋯研⋯究。SOEll~Pl2008oNo．9由于气象站

5、没有测定地面辐射，而从表2中可施加对流面荷载和热流密度时只以最后施加的面，知日落后(约18：00)的太阳直接辐射量为0．但此时荷载进行计算。由于受到太阳辐射的箱梁边界与外的净辐射却为负数，表明地面辐射仍然存在．因此在界空气有对流换热，因此只有把太阳辐射引起的热实际计算中应考虑混凝土逆辐射的影响。又因为短流密度换算到气温中去，才能得到综合气温咒其波反射辐射为在空中测量得到的数据，，是到达地计算公式为：球表面的太阳辐射部分被反射回到空气中的量．因=T．+t~b[／h(4)此在实际计算中，用净辐射量加上短波反射辐射量式中：为外界气温(

6、℃)；，为太阳辐射强度(w／mz)：的和作为到达混凝土的总太阳辐射减去混凝土自身为吸收系数，取0．65；h为综合换热系数(W，／mz．℃)的逆辐射。考虑混凝土逆辐射的等效太阳辐射为：从式(4)可知，太阳辐射引起的热交换相当于使气温H=HJ—t日+t(1)升高(Z／h)~C，同时太阳辐射强度按上节所述考虑式(1)为时太阳辐射表达式，但在程序计算中输了混凝土逆辐射情况。入的是单位太阳辐射热流密度，因此还需进行公式对于初始温度条件，ANSYS有两种途径来定义：转换，即I=H／3600xlO6W／m2①如果初始温度场是不均匀且未知的则须

7、进行稳，态热分析来建立初始条件；②如果初始温度场是均2ANSYS建模方法匀的，则采用IC命令来设置初始温度。通过实测证明，在清晨8：00时刻混凝土内部温度较均匀且与外2．1热流方程界气温接近，因此本文用方法②给出初始温度对于本文，由于桥梁的温度变化范围较小．且将混凝土看作各向同性材料，故其导热系数、比热3工程背景和材料密度P均可作为常数计算。同时本文研究的箱梁温度场不考虑内部水化热作用，故在不考虑桥巴江河大桥为68m+120m+68m预应力混凝土梁纵向温差影响的情况下，横断面在任意时刻温度变截面连续箱梁桥，其立面如图1全桥东西走

8、向．场可简化为求解二维非稳定导热的微分方程．即，．主梁截面为单箱单室结构。该桥采用挂篮悬臂现浇：。(02T+罂)(2)法施工，笔者在该大桥施工期间，在主桥27墩左幅小塘式中：／(c)(m／s)，称为热扩散率。一68茅山2．2边界条件的处理由于混凝土内部温度场变化