混凝土箱梁温度场试验及温度效应理论研究

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1、混凝土箱梁温度场试验及温度效应理论研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：张宁指导老师：张亮亮教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一四年五月ResearchonTemperatureFieldTestandTemperatureEffectTheoryofConcreteBoxGirderAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByZhangNingSuperv

2、isedbyProf.ZhangLiangliangSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2014中文摘要摘要混凝土箱形结构中因为材料的传热性能较差，在日照作用下结构中就会形成较大的温差荷载，产生的温差荷载所带来的温度应力是造成混凝土箱梁开裂的重要因素之一。因为混凝土传热问题的复杂性，在现有的混凝土桥梁设计中，有关的理论和计算方法存在一定的缺陷，做了很大程度的简化，然而采用这种经过简化的计算模型和方法，会使温度荷

3、载的取值以及温度应力的计算结果与实际情况之间出现较大的不符。本文从计算理论入手，对混凝土箱梁结构日照温度场及其效应进行了深入的研究，对计算理论和方法进行了完善和改进，对日照温度荷载的取值进行了分析和探讨。文章以广西桂林地区贵光线幸福源水库双线特大桥为工程背景，选取该桥连续刚构段单室箱梁截面为研究对象，作了如下研究：（1）对课题组进行温度场现场实测的试验仪器和测定方法作了详细说明，通过分析连续高温天气下测得的温度场数据，提出了箱梁顶板、腹板、底板的日照温度场特征。（2）研究了混凝土箱梁结构在日照作用下与周围介质之间的传热机理，系统地阐释了其在热量传递过程中的

4、边界条件，建立了可以反映实际复杂边界条件情况的温度响应的数值分析计算模型。（3）收集整理了计算混凝土单室箱梁结构壁板内部日照温度分布的解析方法，该方法假定沿混凝土结构壁板厚度方向的温度分布具有一维周期性特征，通过对传统的一维热传导微分方程进行数值求解，最终得到傅里叶级数形式的壁板内温度场解析解表达式，在应用中取该解析解的少数几项即可得到足够精确的结果。（4）在实测温度数据的基础上，拟合得到了该地区混凝土箱梁在太阳辐射作用下的最不利温度荷载取值，并与我国现行铁路桥梁设计规范中的温度荷载取值进行了对比分析，提出了在温度荷载取值上的看法和建议。（5）采用合理的假

5、定条件建立了与实际情况相符的计算模型，研究了混凝土箱梁结构温度应力的理论计算方法，该方法将复杂的三维空间问题转化为二维平面问题进行分析，并考虑由于泊松效应引起的各应力分量间的耦合作用，在实际计算中运用结构力学方法即可实现考虑应力分量之间耦合关系的三维温度应力空间分析。结合本文工程背景数据，该方法的计算结果与传统计算方法相比，其精度明显提高。I重庆大学硕士学位论文（6）对温度裂缝的成因进行了详细分析，根据裂缝形成的原因提出了桥梁在设计阶段和施工阶段相应的预防控制措施。关键词：混凝土箱梁，日照，温度场，温度应力II英文摘要ABSTRACTDuetothepoo

6、rthermalconductivityofconcrete,thestructurewillformalargerthermalloadbysolarradiation.Thermalstressproducedbythethermalloadisoneoftheimportantfactorsthatresultinthecrackoftheconcreteboxgirder.Becauseofthecomplexityofconcreteheattransferproblem,thetheoryandcalculationmethodabouttem

7、peratureeffecthascertaindefectsduringthedesignofconcretebridge.Thesimplifiedcalculationmodelandmethodcanmakethevalueofthethermalloadandthermalstressesappearlargererror.Thispaperdoesanin-depthresearchonthetemperaturefieldanditseffectofconcreteboxgirderbysolarradiation,withimproving

8、thecalculationtheoryandmethods,an