斜拉桥塔柱日照温度场及其应力分析.pdf

《斜拉桥塔柱日照温度场及其应力分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、斜拉桥塔柱日照温度场及其应力分析赵亚龙，阙育梅(中国公路工程咨询集团有限公司，北京100097)【摘要】以某斜拉桥为工程背景，研究外界环境对斜拉桥桥塔温度场的影响以及评价变温场对结构的影响。运用ANSYS计算桥塔在太阳辐射和外界气温作用下的温度场，分析桥塔温度场分布规律以及温度场随时间变化规律，计算在太阳辐射极值状态下对结构影响最不利的瞬态温度场。【关键词l斜拉桥；桥塔；温度场；温度应力场【中图分类号】U441．5【文献标志码】A早期人们很大程度上忽视了温度应力的存在及其对桥1．2综合温度计算方法梁结构安全的影响。随着生产力和科技的发展，桥梁严重开在处理日照温度对建筑结构物的

2、影响时，常用综合温度裂甚至坍塌的事故日益增多，人们逐渐认识到在桥梁结构进行分析研究[4,53。综合温度即将太阳辐射和气温的影响中，有时由温度产生的应力比荷载产生的应力还大，直接影两种不同的因素综合为一个因素，作为第三类边界条件。将响到桥梁结构的安全。2O世纪60年代以来，国内外都发现太阳辐射部分考虑到第三类边界条件中，则第三类边界条件由于温度应力而导致混凝土结构严重裂损的事故。例如，英可以写为式(2)。国渡桥镇几座冷却塔的严重裂损；德国几座厚腹板箱形桥梁：。+譬(2)的损坏，其中两座桥梁几乎坍塌。国内，芜湖过江电缆塔、空心高桥墩、通惠河连续箱梁、漓江二桥箱梁等等也都发生式中，

3、为室外综合温度(℃)；T为室外空气温度了裂缝，这些裂缝的出现与设计中没有充分考虑温度应力有(℃)；．，为某倾斜面上吸收的总的太阳辐射强度(J／m·s)；密切关系。随着薄壁空心墩的发展，温差应力问题日益引起学为太阳辐射被物体表面吸收产生的温度，称为当量温度。国内外工程界的重视。20世纪60年代中期，在对预应力箱1．3桥塔内部温度分析形桥墩进行现场观测和模型试验后，证实了在空心桥墩中存桥塔结构内部的温度，根据传热学中对非通风结构的隔在相当大的温差。在壁厚为0．25m的箱形薄壁空心桥墩热计算理论，则有式(3)。中，当墩外的气温差只有2—3oC时，桥墩内外表面的温差可达到15℃以上；

4、如果在气温较高时，太阳辐射较强时温差将i=+(3)更大，由此将产生更大的温度应力。因此进行桥塔结构的温式中，h；线表示结构内表面换热系数；R。表示结构材度场研究，分析其温度应力并提出解决措施，对确保桥梁结料的传热阻，单位m·oC·s／J，T。。表示结构内表面周围大构的安全十分重要。气温度，当缺乏实测数据时，可近似按下式计算：1太阳辐射分析T=T+1．5(4)1．1温度场计算原理式中，。表示结构外表面大气温度的日平均值。另外，从理论上讲，桥梁结构的温度场是一个三维不稳定温度大量的实测资料表面，封闭结构内部的气温浮动一般很小，场-42。假定混凝土斜拉桥结构满足均质和各向同性的条其

5、范围一般在3~C以内，而且它与大气最高温度之差基本恒件，根据傅立叶热传导理论，可得无内热源的平面瞬态温度定，因此，无箱内气温实测值时，完全可由大气最高气温场热传导方程式(1)。换算J。0Tk，aT．a，1、—2实例分析Ot—pcIOx。Oy』斜拉桥塔柱在瞬态温度场的作用下，边界条件符合热分2．1桥塔位置及日照参数析中的第三类边界条件。当混凝土与空气接触时，混凝土表某斜拉桥，桥塔所在位置为北纬30．62。，东经114．35。，^，n整个斜拉桥东西走向，其平面位置如图1所示。主塔顺桥向面的热流量是：q=一A_Ol，第三类边界条件假定结果混凝d为单柱式，横桥向为H形塔柱，主塔塔柱采

6、用空心矩形断面土表面的热流量与混凝土表面温度和气温之差成正比，即一A_ol=h(T—T)，式中h为总热交换系数，考虑对on[定稿日期]2014—06—04流与辐射的综合热交换系数，工程中可以将复杂的边界面上[作者简介]赵亚龙，男，硕士，工程师，主要从事桥梁的辐射交换热状况作线性化处理，以牛顿冷却定律计算。设计。四川I建筑第34卷3期2014．06215下塔柱横向宽度自上而下由4m变化至6．5m，塔柱顺桥向吸收的太阳辐射与天空辐射随时间变化的统计表，如表1宽度下横粱至塔根范围由6．5m过渡到7m，为了计算其太所示。阳辐射效应的极值，取最热的某天分析桥塔的温度效应。根根据8月2日

7、的气温资料，结合综合温度计算方法，可据气象资料取2013年8月2日分析最高的温度效应。以计算出塔壁外侧的温度分布如图2所示。l-．．41．-气温1／＼‘N54—-1÷面塔壁综合温度Il士：厢塔壁综合温度151]l母—e一34面塔壁综合温度l／f48)卜．／rlI<45／

8、意4＼＼赠7I＼f}一I39

9、》二一36／33√30l1l2131415I6l718时间，h图1桥塔平面位置及截面关键点图2塔壁外侧温度分布计算得出从早上8点开始至下午l6点混凝土桥塔塔壁表1塔壁日照辐射表J／m·s塔壁的方位时刻234