基于ansys的混凝土箱梁沥青摊铺时温度场的研究

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1、基于ANSYS的混凝土箱梁沥青摊铺时温度场的研究摘要：针对混凝土箱梁沥青摊铺时温度场的分布，本文计算并分析了箱梁瞬态温度场，将这些思想与方法应用于箱梁桥的设计中，是可以减少箱梁结构的裂缝。Abstract：Forthetemperaturefielddistributionintheasphaltpavingoftheconcreteboxgirder,thispapercalculatedandanalyzedboxgirdertransienttemperaturefield.Theseideasandmethodsusedinthedesi

2、gnofboxgirderbridges,theboxgirderstructurecrackcanbereduced.关键词：温度场；摊铺沥青；边界条件；箱梁Keywords:temperaturefield；pavingasphalt；boundaryconditions；boxgirder中图分类号：U448.25文献标识码：A文章编号：1006-4311(2015)05-0133-020引言在桥梁结构调平层施工完成后，其表面状况一般比较好，当时看不出什么问题，但是在上面摊铺沥青之后，就会发现桥梁结构的调平层存在一些问题，其中常见的有主梁顶

3、板、腹板、翼板等位置出现不同程度的裂缝。对于出现上述问题的原因，目前仍没有形成比较一致的答案，有的认为是桥梁施工质量不合格所导致，有的认为是沥青混凝土摊铺时，温度控制不好，引起的不良反应所导致。基于上述分歧，本文主要从沥青混凝土高温摊铺的角度入手分析，以弄清楚导致箱梁结构裂缝的具体原因。1摊铺沥青时砼箱梁温度场分析的边界条件温度场问题归结为求解Founer方程，对于混凝土箱梁来说，需要具备非线性的边界条件和瞬态性质，从相关的分析研究经验来看，这种方程在求解过程中，会遇到较多的问题，求解难度较大。一般要避免使用解析法，而使用数值方法进行计算求解，可

4、以相对降低难度。因此，本文在计算过程中使用有限元法求解瞬态温度场问题。要对沥青摊铺温度场进行分析，关键的环节是要建立起合适的箱梁温度场边界条件，要对相关参数和条件进行合理的假定，在经过分析验证之后可以按照相关的假定条件进行研究。1.1自然界混凝土箱梁与外界进行热交换的主要方式第一，太阳辐射：太阳辐射属于短波辐射，其产生作用的方式主要有如下几种：直接辐射、天空散射和地面反射，在这三种福射作用下，混凝土的表面会吸收部分太阳辐射的能量。第二，混凝土与周围环境的辐射进行热交换，这种辐射属于长波辐射，从理论上来说，只要是温度高于绝对零度的物体都可以对外产生

5、热辐射，混凝土在向外界不断辐射的同时，还可以持续的吸收地表、大气以及周围物体的热辐射，这样就在一定程度上实现了热辐射的交换。第三，对流换热:根据对流换热的基本原理，如果物体的表面温度和所处环境之间的空气流体存在一定的温差，则在流体不断运动过程中，物体的表面和流体之间就会产生热交换，这就是所谓的对流换热。第四，接触传热：箱梁顶板和沥青混凝土之间的接触热，是接触传热的主要因素。1.2计算假定在实际建筑工程中，桥梁结构一般长度不会太大，其在地理经纬度上可以视为一个点，因此，可以认为桥梁上的不同位置受到的太阳辐射不存在差别，从理论上来说，箱梁在纵向是没有

6、热传导过程的，因此，箱梁的温度场问题在这种特定的情形下，能够筒化为二维非稳态温度场问题。1.2.1箱梁内部表面边界条件的计算假定在对箱梁内部表面边界条件进行计算假定时，其表面综合热交换系数，可以取箱外底板表面的综合热交换近似系数进行计算。在考虑对流和辐射综合作用时，要参考综合热交换系数，通过计算得到，综合热交换系数的变化约为9%。通常而言，在一天当中，桥梁不同位置的综合热交换系数，发生的偏离范围不超过其平均值的变化幅度的15%，并且综合热交换系数变化50%,对温度的计算结果影响也不会很大，通常不会超过1°C。所以，在本文的分析中，假定箱内表面综合

7、热交换系数近似取箱外底板表面的综合热交换系数的这种方法是完全可行的。1.2.2悬臂板下表面和变截面箱梁底面的近似假定箱梁顶板表面的温度和箱梁底板表面的温度都是实测的，把顶板和底板实测出来的数据，通过处理，各取一个平均值作为顶板和鹿板表面的温度值，外侧腹板表面的温度因为和底板的很相近，所以就取地板表面的温度值。1.2.3箱梁顶板摊铺沥青边界条件的假定开始摊铺沥青混凝土时，高温沥青混凝土从摊铺机里摊铺成层状，然后经过压路机碾压才成为桥梁的铺装层。沥青层的温度取从摊铺机出来的那一时刻的实测温度，这时高温沥青混凝土就要向四周进行热量交换和传递。本文只考虑

8、与空气的对流热交换，还有与箱梁顶板的接触热交换。忽略与箱梁顶面的热辐射交换。2ANSYS中进行混凝土箱梁温度场的分析在ANSYS12.0