预应力混凝土箱梁桥温度场及温度应力的分析与研究

作     者：李前名 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：荣国能

授予年度：2006年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：预应力混凝土箱形梁桥 太阳辐射 温度场 温度应力 有限元 

摘      要：温度应力是引起预应力混凝土箱梁桥开裂的重要原因之一,其中以日照作用产生的温度荷载影响最大,也最难分析计算。迄今为止,各国规范在温度梯度模式的选取上存在较大分歧,我国铁路、公路桥规的温度梯度曲线也完全不同。 本文通过一系列的天文学公式来模拟箱梁外边界受太阳辐射作用,以正弦函数模拟气温日变化过程,假定内部空气完全透射,运用奥本海默网络分析法计算箱内混凝土边界间的辐射换热,并综合考虑了内外边界面与周围空气间的对流、辐射换热,从Fourier导热方程出发,以泛函变分法推导建立了箱梁温度场计算的二维有限元数学模型并提出了利用原有单元网格以有限元方法计算纵、横向温度自应力的思路与方法。结合大量参考文献,对边界换热系数、混凝土的导热系数等参数作了一些研究。 在上述理论模型的基础上,用FORTAN语言编制了通用有限元程序。该程序具备一定的前后处理功能,能够考虑地理经纬度、桥梁方位角和风速等因素,分析任意形状和尺寸的单箱单室截面任意时刻的二维日照温度场和温度应力的分布情况。用该程序计算一黄河铁路连续梁桥主跨1/4截面的温度场,其结果与监控实测值吻合较好。同时,计算结果也表明温度应力值是相当大的,必须引起重视。 以所编制的程序为工具,分析了桥梁走向、截面翼缘长度、腹板高度及混凝土导热系数和风速等因素对截面温度效应的影响。由此提出:在设计过程中,对于翼缘较长的公路桥梁,可以不考虑截面的横向传热;而对于铁路箱梁,特别是当其接近东西走向时,应适当考虑横向温差。新公路桥规折线模式的温差曲线是较符合实际情况的,但是T和T的取值应该根据各地气候条件的不同而有所不同,因此需要作进一步的研究。