【摘要】：溫度是橋梁的一種重要荷載形式,對(duì)橋梁的力學(xué)響應(yīng)有顯著的影響,是橋梁性能退化的重要原因之一,甚至造成嚴(yán)重的安全事故。因此,采用合適的數(shù)值分析方法,準(zhǔn)確、有效、連續(xù)地計(jì)算分析橋梁結(jié)構(gòu)的溫度場分布規(guī)律以及溫度所致的力學(xué)響應(yīng)是十分有必要的。本文探索了橋梁結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)的影響機(jī)理,并以一大跨度鋼箱梁懸索橋?yàn)檠芯繉?duì)象,采用有限元數(shù)值分析方法,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)溫度場分布和溫度所致力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容如下:(1)對(duì)溫度對(duì)結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的影響進(jìn)行理論分析,從梁端轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度、支座豎向剛度、軸力三個(gè)參數(shù)的變化探究溫度對(duì)結(jié)構(gòu)邊界的影響,通過一混凝土橋算例,對(duì)比分析溫度所致各類邊界條件變化對(duì)結(jié)構(gòu)自振頻率的影響。并建立簡支箱梁模型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),置于外部自然環(huán)境下,通過靜、動(dòng)力測試以及有限元分析,驗(yàn)證結(jié)構(gòu)頻率-溫度相關(guān)計(jì)算的準(zhǔn)確性和有效性。(2)以某大跨度鋼箱梁懸索橋?yàn)檠芯繉?duì)象,建立該橋各類構(gòu)件截面的二維有限元熱分析模型,確定熱邊界條件并施加到二維有限元模型上,計(jì)算各截面在環(huán)境影響下的時(shí)變溫度場分布,并與橋梁現(xiàn)場監(jiān)測值進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證本文溫度場數(shù)值分析方法的正確性。建立懸索橋三維有限元結(jié)構(gòu)分析的全橋模型,施加計(jì)算的溫度場,計(jì)算溫度荷載作用下結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)變化,并與實(shí)測值進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證本文溫度所致力學(xué)響應(yīng)數(shù)值分析方法的準(zhǔn)確性和有效性。(3)通過控制變量法,對(duì)比分析橋梁不同構(gòu)件溫度變化對(duì)跨中豎向位移的影響,發(fā)現(xiàn)跨中豎向位移變化主要由主纜溫度變化和鋼箱梁溫度變化引起的;同時(shí),分析跨中橫向傾斜量與鋼箱梁橫向溫度梯度的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)當(dāng)東西側(cè)上腹部溫差增大時(shí),橫向傾斜量的絕對(duì)值也隨之增大。(4)對(duì)鋼箱梁、主纜、吊索、橋塔上關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的溫度應(yīng)變進(jìn)行分析,研究表明不同構(gòu)件之間以及同一構(gòu)件不同位置之間的溫度所致的應(yīng)變變化存在較大差異。在運(yùn)營階段橋塔溫度應(yīng)變主要受自身溫度荷載作用和纜索、鋼箱梁溫度效應(yīng)對(duì)其作用的影響,且面向主跨的一側(cè)與背向主跨的一側(cè)的節(jié)點(diǎn)溫度應(yīng)變存在差異。(5)探究懸索橋結(jié)構(gòu)前20階自振頻率及振型特性,以及溫度變化對(duì)其的影響,發(fā)現(xiàn)溫度上升時(shí),結(jié)構(gòu)自振頻率減小,且各階頻率的變化率并不相同。通過探究溫度對(duì)結(jié)構(gòu)模態(tài)曲率的影響,驗(yàn)證了“溫度對(duì)模態(tài)曲率的影響可忽略不計(jì)”的結(jié)論。通過控制變量法,對(duì)比分析懸索橋不同構(gòu)件溫度變化對(duì)全橋自振頻率變化的影響,結(jié)果表明懸索橋各類構(gòu)件溫度變化對(duì)頻率的影響程度從高到低依次為鋼箱梁、纜索結(jié)構(gòu)、梁端邊界條件、橋塔結(jié)構(gòu)。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U448.25
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文料在常溫范圍下，線膨脹系數(shù)s 與溫度 T 成線性關(guān)系，公6(0.004 12) 10 [m/(m )]s T ℃ 6(0.008 10) 10 [m/(m )]s T ℃ 性的改變對(duì)結(jié)構(gòu)固有頻率的影響分析平面上取坐標(biāo) xoy，原點(diǎn)位于梁的左端截面形心，x 軸與梁所示。假設(shè)梁在振動(dòng)過程中，軸線上任一點(diǎn)的位移 u(x，t)

圖 2-2 梁端構(gòu)造立面圖束剛度構(gòu)造對(duì)梁端轉(zhuǎn)動(dòng)具有一定的約束作用，把主梁當(dāng)成簡支梁處連續(xù)簡支梁橋的受力特點(diǎn)，用兩端帶扭轉(zhuǎn)彈簧的簡支梁來彈簧的轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度，可以將轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度模擬成橋面連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用。約束剛度影響因素和計(jì)算公式面連續(xù)簡支梁為例，分析梁端轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度的影響因素。將化，如下圖 2-3 所示。

圖 2-6 歐拉—柏努利簡支梁為梁端增加轉(zhuǎn)動(dòng)約束 K1、K2時(shí)的歐拉—柏努利簡支梁。由式（1 2 3 41 2 3 421 2 3 4( )= sin cos sh ch( )= ( cos sin ch sh )( )= ( sin cos sh ch )x C x C x C x C x' x C x C x C x C x'' x C x C x C x C x 2mEI 。2-12）代入邊界條件 (0)= ( L)=0，1(0)(0)K '''EI ，( )'' L 2 3 414 1 30cos sh ch 0) 0C t C t C tKC C CEI

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本文編號(hào)：2795206