西藏南部高海拔地区箱梁太阳辐射及水化热温度场研究

作     者：沈佳 

作者单位：山东交通学院 

学位级别：硕士

导师姓名：叶亚丽;马士杰

授予年度：2021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：高海拔地区 箱梁桥 温度场 水化热 节段模型 

摘      要：桥梁结构常年暴露于自然环境之中,受到日照辐射、昼夜温度变化等环境因素的影响,必然会对桥梁自身造成一些不利影响。尤其是建造在高海拔地区这种具有昼夜温度变化大、太阳辐射强等复杂环境条件下的预应力刚构桥,可能会造成更大的影响。本文以一座建立在高海拔地区的预应力连续刚构桥为研究对象,建筑了箱梁节段模型,对实桥截面和箱梁模型温度场进行分析研究,得到如下主要成果:实桥截面太阳辐射温度场的竖向温差在15:00达到最大值,此时也是箱梁整体温度最高时刻,最高温度测点位于箱梁顶板顶面,最低温度测点位于箱梁底板顶面。全天中顶板温度变化腹板温度变化底板温度变化。对比实桥向阳侧和背阳侧在太阳辐射影响下的竖向温度梯度,向阳侧在太阳辐射的影响下,竖向整体温度要高于背阳侧竖向整体温度。向阳侧腹板位置温度测点对比于顶板和底板位置温度有明显内凹,背阳侧腹板在温度最高时刻和温度最低时刻温度几乎不发生变化,可将背阳侧腹板位置温度分布简化为“1字形分布。在温度最低时刻时,顶板温度与其余测点温度相差不大,然后,在太阳辐射影响下,顶板测点温度快速上升,与底板测点温度最大温差达到10.8℃。箱梁截面的水化热温度变化在浇筑后72小时内变化比较明显,水化热温度沿箱梁中腹板基本呈对称分布。点阵式模型温度场的初始温度分布较为均匀,浇筑6h后,箱梁混凝土开始逐渐放热,箱梁模型整体温度开始上升,由于箱梁顶板能与外界环境进行热交换,温度上升相对缓慢。在浇筑完成12h时,箱梁水化热温度出现峰值,峰值测点位置位于中腹板与底板交接位置,峰值温度为28.9℃,在浇筑后12h～16h过程中,箱梁水化热温度保持不变。在浇筑17h后,箱梁腹板和底板位置温度开始逐步降低,箱梁的水化放热过程基本完成时为浇筑完成后72h。对箱梁模型水化热阶段沿板厚度方向温度进行拟合,发现顶板部位温度与厚度近似呈线性关系,而对于腹板和底板,温度和厚度近似呈二次函数关系。对箱梁模型水化热阶段顶板、底板部位横向温度进行拟合,水化热温度呈对称分布,沿着宽度方向呈三峰模式,峰值点均位于腹板与顶底板交接位置,中峰峰值要高于两侧峰值,顶板宽度方向的最大平均温度为29.8℃;底板宽度方向的最大平均温度为29.1℃。将箱梁在太阳辐射影响下温度变化分为稳定阶段、升温阶段和降温阶段,腹板部位温度均在8:00温度最低,然后温度逐渐升高,在15:00达到最高温度,实测模型最高温度梯度为15.1℃。对比各个部位升温阶段,中腹板位置、底板位置温度变化较小。对比各个部位降温阶段,可以看出在15:00～20:00时段,顶板位置温度下降较快,在20:00～23:00时段,腹板部位温度下降较快。在0:00～8:00箱梁截面温度趋于稳定,各个部位温度基本不发生变化。对箱梁节段水化热温度场进行有限元模拟,有限元模拟得到的水化热温度变化规律与箱梁节段实测的水化热温度变化规律基本吻合。对影响水化热温度分布的因素进行了参数分析,在影响混凝土温度场因素中,按照对截面最大温差对影响水化热因素进行排列,单位体积内水泥含量入模温度热传导系数模型尺寸。