自然环境下大跨度悬索桥空间温度场和温度效应研究

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1、自然环境下大跨度悬索桥空间温度场和温度效应研究ResearchonSpatialTemperatureFieldandEffectofLong-spanSuspensionBridgeinNaturalEnvironment天津市自然科学基金(16JCZDJC40300)和天津市科技支撑计划重点项目(16YFZCSF00460)资助学科专业：土木工程作者姓名：陈科旭指导教师：朱劲松教授天津大学建筑工程学院二零一七年十二月摘要大跨度悬索桥以其优美的外形、强大的跨越能力，越来越多的出现在公路桥梁和城市桥梁选型中

2、。悬索桥属于温度敏感柔性结构，在太阳辐射、空气散射、地面反射等环境辐射作用下，各构件辐射效应间相互影响，使得大跨度悬索桥太阳辐射作用下环境温度效应分析更加复杂。随着悬索桥施工阶段误差控制越来越严格以及健康监测数据分析过程中的温度效应剔除要求越来越精确，国内外学者开始对悬索桥温度效应问题更加重视。悬索桥受自然环境中各种因素影响，仅仅通过健康监测数据分析来研究悬索桥温度场分布和温度效应变化规律不足以揭示悬索桥温度效应产生机理，从而无法找出悬索桥施工阶段误差控制以及健康监测数据温度效应剔除过程中的共同规律。因此，

3、本文基于官厅水库特大桥悬索桥主桥，采用有限元法对其温度场和温度效应进行精确模拟，本文的主要工作如下：1.基于太阳辐射三维遮挡理论和传热学基本理论，提出大跨度悬索桥空间温度场精细分析方法。并运用所提方法对实例悬索桥进行分析，研究在环境热辐射作用下大跨度悬索桥空间温度场分布规律以及钢-混凝土组合梁的竖向温度梯度分布规律，以及悬索桥各构件温度场分布差异的变化规律。2.以空间温度场精细分析结果为基础，分析悬索桥一天中温度效应变化规律，研究了悬索桥温度效应受日序数、风速、纬度、环境温度等环境条件影响规律。研究发现，对

4、于单跨悬索桥，温度升高，悬索桥主塔塔顶有向中跨偏移趋势；温度降低，悬索桥主塔塔顶向边跨方向偏移。自然环境中对悬索桥温度效应大小起决定作用的是桥址处环境温度和地表风速，且随着风速的增加，悬索桥温度效应的增大程度逐渐减小、达到最大温度效应的时刻逐渐提前。环境因素发生变化时，悬索桥吊索内力变化不足5%。研究结果可以为悬索桥施工阶段误差控制提供理论依据。3.对移动荷载效应进行分析，研究了最不利活载效应和移动车辆效应。通过编写基于ABAQUS的移动车辆子程序模拟车辆在最外侧车道行驶过程，研究悬索桥移动车辆效应变化规律

5、。通过环境温度效应与移动荷载效应对比，研究了悬索桥环境温度效应与移动荷载效应的关系，为快速判断悬索桥结构健康状态提供技术支撑。关键词：悬索桥，太阳辐射，三维遮挡，温度场，温度效应，移动荷载IIIABSTRACTMarkedbybeautifulshapeandpowerfulspanability,long-spansuspensionbridgeswillincreasinglyappearinthetypeselectionofbothurbanbridgesandhighwaybridges.Susp

6、ensionbridgesaresensitivetotemperaturechange.Whileradiatedbyenvironmentalradiationsuchassolarradiation,airscatteringradiationandgroundreflectionradiation,thecomponentsofsuspensionbridgewillinterrelateeachother,makingthesolarradiationeffectanalysisoflong-sp

7、ansuspensionbridgesevenmorecomplicated.Becausetheregulationofconstructionerrorandtemperatureeffecteliminationbecomemoreandmorestringent,scholarsallaroundtheworldbegintopaymoreattentiontotemperatureeffectoflong-spansuspensionbridges.Suspensionbridgesareinfl

8、uencedbyvariousenvironmentalfactors,so,itisdifficulttorevealthemechanismofitstemperatureeffectjustthroughanalyzinghealthmonitoringdata.Consequently,itisimpossibletofindoutthecommonlawsofconstructionerrorcontr