桥面铺装层温度场的ANSYS模拟.pdf

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1、华南理工大学学报（自然科学版）第35卷第2期JournalofSouthChinaUniversityofTechnologyVol.35No.22007年2月（NaturalScienceEdition）February2007文章编号：1000-565X（2007）02-0059-05*桥面铺装层温度场的ANSYS模拟123逯彦秋张肖宁唐伟霞（1.哈尔滨工业大学交通科学与工程学院，黑龙江哈尔滨150090；2.华南理工大学交通学院，广东广州510640；3.辽宁省城乡建设规划设计院广东分院，广东广州510507）摘要：为了较准确地掌握

2、桥面铺装层温度场的分布规律，为温度应力计算及铺装材料设计提供理论依据，从气象学和传热学基本原理出发，分析了影响桥面铺装层温度场的环境因素，根据傅立叶传热定律导出了桥面铺装层瞬态温度场的二维计算模型，采用AN-SYS有限元软件对该模型进行了模拟分析，并将计算结果与实测结果进行比较.结果表明：在正确掌握边界条件及材料热物性参数的条件下，采用文中的计算模型可得到较为精确的数值解.关键词：桥面铺装层；辐射；温度场；模拟中图分类号：U436.26；TU663文献标识码：A目前，国内外学者对道路的温度场研究颇多，但对桥面铺装层温度场的研究尚未见文献报

3、道.路面温度场理论并不适用于桥面铺装层，而温度又是影响桥面铺装材料使用寿命的重要因素，因此有必要对桥面铺装层的温度场进行研究.确定桥面铺装层结构的温度场，最直接的手段是在各地广泛地进行温度实地观测，这种实测工作需要耗费大量的人力、物力，而且即使全年进行这种实测，遇到极端温度的可能性也很小.因此，根据桥梁结构所处的地区，借助已有的标准气象资料来掌握确定桥面铺装层温度场，就具有重要的理论和实用意义.图1环境对桥面铺装层温度场的影响1环境因素对桥梁结构的影响Fig.1EffectOftheenvirOnmentOntemperaturefieI

4、dOfthebridgedeckpavement桥梁结构持续经受着周期性变化的各种环境因［1］太阳直接辐射和天空散射辐射的总和称为太阳素的综合作用.各种环境因素对桥面铺装层温度总辐射，这是一种短波热辐射.大阳总辐射到达桥面场的影响过程如图1所示.铺装层表面时，大部分被桥面铺装层吸收并转变为热量，其余部分则被反射回到大气中.在桥梁结构与大气接触上、下表面，桥梁和大气收稿日期：2006-04-30*基金项目：交通部西部课题科研基金资助项目（2001-318-之间的温度差异会导致由于传导和对流引起的热量223-41）交换.作者简介：逯彦秋（19

5、75-），男，博士生，主要从事桥面铺桥面铺装层辐射与大气逆辐射之差称为桥面铺装研究.E-maiI：Iuyangiu2008@126.cOm装层有效辐射，这是一种长波热辐射.60华南理工大学学报（自然科学版）第35卷桥梁是悬浮于地表之上的结构，箱梁底部向外l，2，⋯，23）为时刻00100，l100，2100，⋯，23100时界环境辐射的同时也会受到另外两种辐射影响：的气温实测数据.（l）地表环境辐射地球表面，无论是固体状经实测验证，采用式（2）能够准确模拟任意天态或者是液体状态，都会发出与它们表面温度相适气气温的变化过程.应的长波辐射.它

6、直接会影响到箱梁温度.2.2太阳辐射（2）地面反射地面反射是由大气逆辐射引起太阳辐射是使桥面铺装层升温的重要因素.完的.地面反射波直接作用于箱梁底部.全晴天时太阳辐射热流密度的日变化曲线与正弦半分析表明，在众多环境因素中，气温对桥面铺装［3］波相似，我国同济大学的严作人等在已知太阳辐层温度场的影响最为显著.太阳辐射仅出现在白天，射热流密度的情况下采用余弦函数的傅立叶级数对是促使桥面铺装层温度在白天升高的重要因素，也［4］太阳辐射热流密度的日分布进行了模拟.但上述是除气温之外最主要的影响因素.工作远不能满足桥面铺装层温度日变化过程分析的桥面

7、铺装层结构与大气之间的热交换和桥面铺需要，为此，建立了太阳辐射热流密度g（tI）日分布装层有效辐射对桥面铺装层温度分布有重要影响，过程的模拟函数，如下式所示：可以通过气温反映这两者的影响.l2ìA0'2!2!相对于气温和太阳辐射而言，云层状况、大气的g（tI）=+I（Ak'co（SkI）+Bk'Sin（kI））ï2k=l2525相对湿度、降水等环境因素仅对特定天气状况下的ï23ï2桥面铺装层温度场有一定影响，这些影响可以通过ïïA0'=25Igjj=0气温和太阳辐射部分体现出来.í（3）23ï22!kj综上所述，气温和太阳辐射是影响桥面铺

8、装层ïAk'=I（gjcoS）25j=025温度场的主要环境因素.在建立预估模型时，仅考虑ï23ïï22!kj气温和太阳辐射，而忽略其他因素的影响.îBk'=I（gjSin）25j=0252桥