本文關(guān)鍵詞：圓端形空心墩日照溫度效應(yīng)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：圓端形空心墩受日照及氣溫變化等因素影響,其內(nèi)部溫度呈非線性分布,從而產(chǎn)生應(yīng)力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂,危及結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性。要研究圓端形空心墩溫度應(yīng)力,首先要研究其溫度分布情況。目前在工程設(shè)計(jì)中一般以半經(jīng)驗(yàn)半理論公式確定橋墩的日照溫度場分布,把三維熱傳導(dǎo)問題簡化為沿幾個方向的一維熱傳導(dǎo)問題,該方法精度較低,并且取值缺乏實(shí)測依據(jù)。由于環(huán)境氣候因素的多樣性、隨機(jī)性和不確定性,圓端形空心墩的溫度分布是一個復(fù)雜邊界條件的三維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)問題,這就需要精度較高且以實(shí)測為依據(jù)的模擬分析方法。1973年德國學(xué)者Kehlbeck對太陽輻射、大氣輻射、地表反射、結(jié)構(gòu)物表面對外輻射和對流熱交換、氣溫變化等影響混凝土橋梁結(jié)構(gòu)溫度分布的各種因素進(jìn)行了深入分析,建立了求解混凝土橋梁結(jié)構(gòu)溫度問題的較為全面的邊界條件模型。由于該模型比較復(fù)雜,1983年Elbadry在對箱梁的日照溫度分析研究中對此模型進(jìn)行了簡化,使其更適于工程應(yīng)用,此后該模型被后來的眾多學(xué)者在橋梁結(jié)構(gòu)溫度分布的數(shù)值計(jì)算中所采納或借鑒。然而,由于空心橋墩與箱梁的壁面朝向并不相同,用相同的簡化模型必然會產(chǎn)生誤差。本文以某圓端形空心橋墩為研究對象,結(jié)合溫度場實(shí)測與理論模擬兩種方法研究其溫度分布規(guī)律。通過以一年為周期的現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)收集,分析總結(jié)了其溫度變化及分布規(guī)律。利用Kehlbeck提出的理論模型,結(jié)合空心墩的壁面朝向與氣象數(shù)據(jù),修正了Elbadry所提出的簡化公式,建立了圓端形空心墩在日照及日溫變化影響下溫度分布的分析模型。根據(jù)該模型,結(jié)合實(shí)測溫度數(shù)據(jù),確定了圓端形空心墩日照熱分析邊界條件,利用有限元分析軟件ANSYS計(jì)算了其在日照及日氣溫變化影響下的溫度分布,并與實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,分析結(jié)果表明,利用該方法所得到的溫度分布數(shù)據(jù)可以很好地?cái)M合實(shí)際溫度分布。利用上一步的圓端形空心墩溫度場計(jì)算結(jié)果,通過有限元軟件ANSYS的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能進(jìn)一步計(jì)算其溫度應(yīng)力,總結(jié)了其日照溫度應(yīng)力分布規(guī)律。由于圓端形空心墩各壁面所接受的日照輻射強(qiáng)度與其朝向有關(guān),為探究在不同的橋梁走向形式下圓端形空心墩的溫度及溫度應(yīng)力分布規(guī)律,本文共研究了四種橋梁走向下的圓端形空心墩日照溫度及溫度應(yīng)力分布,并對比總結(jié)了其分布規(guī)律。
【關(guān)鍵詞】：空心墩 溫度模擬 溫度分布 溫度應(yīng)力 日照輻射 有限元法
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U441.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 概論10
• 1.2 研究背景及國內(nèi)外研究狀況10-15
• 1.2.1 研究背景10-11
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3 工程背景及主要研究內(nèi)容15-17
• 1.3.1 工程背景15-16
• 1.3.2 論文主要內(nèi)容16
• 1.3.3 研究方法及思路16-17
• 2 熱傳導(dǎo)基本理論17-35
• 2.1 概述17
• 2.2 導(dǎo)熱的基本原理17-19
• 2.2.1 熱傳導(dǎo)17-18
• 2.2.2 熱對流18
• 2.2.3 熱輻射18-19
• 2.3 導(dǎo)熱的基本規(guī)律19-20
• 2.3.1 傅里葉定律19
• 2.3.2 穩(wěn)態(tài)傳熱和瞬態(tài)傳熱19-20
• 2.4 溫度荷載的不同計(jì)算方法20-34
• 2.4.1 常見的幾種溫度荷載20
• 2.4.2 溫度荷載的求解計(jì)算20-27
• 2.4.3 利用有限單元法求解溫差應(yīng)力27-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 3 圓端形空心墩現(xiàn)場實(shí)測溫度數(shù)據(jù)整理分析35-45
• 3.1 測試截面及測線布置35
• 3.2 實(shí)測溫度數(shù)據(jù)整理分析35-44
• 3.2.1 春季36-38
• 3.2.2 夏季38-40
• 3.2.3 秋季40-42
• 3.2.4 冬季42-44
• 3.3 本章小結(jié)44-45
• 4 溫度分析計(jì)算參數(shù)及熱邊界條件45-51
• 4.1 概述45
• 4.2 熱傳導(dǎo)一般方程45-46
• 4.3 邊界條件46
• 4.4 日照輻射46-49
• 4.4.1 太陽直接輻射46-48
• 4.4.2 天空散射48-49
• 4.4.3 地面短波反射49
• 4.5 熱量交換49-50
• 4.5.1 對流換熱49
• 4.5.2 長波換熱49-50
• 4.5.3 綜合換熱50
• 4.6 邊界條件簡化公式50
• 4.7 本章小結(jié)50-51
• 5 日照溫度場及溫度應(yīng)力有限元分析51-77
• 5.1 圓端形空心墩溫度分布模擬分析51-55
• 5.1.1 ANSYS熱分析簡介51
• 5.1.2 日照溫度分布有限元分析51-52
• 5.1.3 初始條件52
• 5.1.4 邊界條件計(jì)算52
• 5.1.5 綜合換熱系數(shù)52-53
• 5.1.6 模型建立53
• 5.1.7 邊界條件加載53-54
• 5.1.8 溫度模擬分析結(jié)果54-55
• 5.2 溫度模擬與實(shí)測值對比分析55-57
• 5.3 溫度應(yīng)力分析57-63
• 5.4 不同橋梁走向形式下圓端形空心墩日照溫度效應(yīng)分析63-74
• 5.4.1 東南-西北走向63-67
• 5.4.2 西南-東北走向67-71
• 5.4.3 南-北走向71-74
• 5.5 不同橋梁走向形式下圓端形空心墩溫度應(yīng)力對比分析74-75
• 5.6 本章小結(jié)75-77
• 6 總結(jié)與展望77-79
• 致謝79-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果83

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：342979