本文關(guān)鍵詞：大跨度懸索橋溫度場現(xiàn)場監(jiān)測與數(shù)值分析

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【摘要】：溫度是對橋梁不利的主要環(huán)境因素之一。橋梁受外部氣候環(huán)境的影響,結(jié)構(gòu)溫度和溫度分布不斷變化,明顯影響橋梁結(jié)構(gòu)的靜、動力特性,改變結(jié)構(gòu)受力狀態(tài),導(dǎo)致病害并累積,使得橋梁承載能力下降,從而安全性得不到保障,使用壽命降低,甚至誘發(fā)重大坍塌事故。本文以大跨度懸索橋為研究對象,基于前人在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)收集到的長期數(shù)據(jù),采用有限元數(shù)值分析方法,對這類大跨度箱型鋼梁懸索橋進(jìn)行溫度分析,主要內(nèi)容如下:(1)在實測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,研究橋梁跨中位置實測的溫度、風(fēng)速、風(fēng)向數(shù)據(jù)與距離橋址位置最近的氣象監(jiān)測站記錄的數(shù)據(jù)之間的關(guān)系;同時研究各測點(diǎn)溫度及截面橫、豎向溫差的統(tǒng)計變化規(guī)律。結(jié)果表明,在沒有實測數(shù)據(jù)的情況下,采用橋址附近氣象站的數(shù)據(jù)進(jìn)行橋梁溫度效應(yīng)分析具有一定的可行性。(2)分析溫度對懸索橋靜、動力結(jié)構(gòu)響應(yīng)(如橋梁跨中位移、橋面傾斜率、自振頻率、阻尼比等)的影響,并進(jìn)行了相關(guān)性分析,為結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測方案的設(shè)計和橋梁溫度效應(yīng)分析提供了參考。(3)采用ANSYS軟件建立鋼箱梁結(jié)構(gòu)的有限元分析模型,根據(jù)外界環(huán)境參數(shù)得到第三類熱邊界條件,計算箱梁在太陽輻射作用下的時變溫度場,計算結(jié)果通過與實測溫度數(shù)據(jù)比較,驗證了文中采用的有限元計算方法是正確可行的,并對橋塔各組成部分的時變溫度場進(jìn)行了研究分析。(4)基于結(jié)構(gòu)溫度場計算結(jié)果,對箱梁截面橫、豎向溫差的最不利情況及其溫度梯度模式進(jìn)行了分析。研究表明,具有傾斜上腹板的鋼箱梁,產(chǎn)生較大的豎向和橫向溫差。豎向溫差梯度模式并不符合相關(guān)規(guī)范推薦的模式,而橫向最不利溫差模式呈現(xiàn)“三階梯”的特征。(5)結(jié)合有關(guān)學(xué)者試驗,首先驗證了數(shù)值分析方法應(yīng)用于懸索橋纜索結(jié)構(gòu)的有效性;然后對主纜和吊索在不同條件下的溫度場進(jìn)行了計算和對比,結(jié)果表明主纜的外保護(hù)層構(gòu)造,有利于減緩溫度效應(yīng),PE保護(hù)層與灌漿套筒防護(hù)對吊索溫度的影響基本相同。
【關(guān)鍵詞】：大跨懸索橋 結(jié)構(gòu)溫度場 現(xiàn)場長期監(jiān)測 數(shù)值分析
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U446;U448.25
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 課題背景與意義12-13
• 1.2 橋梁溫度效應(yīng)研究進(jìn)展13-17
• 1.2.1 國外橋梁溫度效應(yīng)研究進(jìn)展14
• 1.2.2 國內(nèi)橋梁溫度效應(yīng)研究進(jìn)展14-15
• 1.2.3 溫度對橋梁結(jié)構(gòu)性能的影響15-17
• 1.3 橋梁結(jié)構(gòu)溫度荷載17-21
• 1.3.1 理論計算方法17-18
• 1.3.2 數(shù)值分析方法18-20
• 1.3.3 現(xiàn)場實測方法20-21
• 1.4 本文研究內(nèi)容與項目資助21-22
• 1.4.1 主要研究內(nèi)容21
• 1.4.2 項目資助21-22
• 第二章 橋梁結(jié)構(gòu)的熱分析計算方法22-37
• 2.1 引言22
• 2.2 結(jié)構(gòu)傳熱分析基本理論22-26
• 2.2.1 傳熱基本定律23-24
• 2.2.2 熱傳導(dǎo)微分方程24-25
• 2.2.3 導(dǎo)熱問題的定解條件25-26
• 2.3 橋梁熱輻射26-32
• 2.3.1 相關(guān)天文參數(shù)27-29
• 2.3.2 太陽直接輻射29-30
• 2.3.3 天空散射和地面反射30
• 2.3.4 大氣逆輻射、地表輻射以及結(jié)構(gòu)輻射30-31
• 2.3.5 壁面總輻射31-32
• 2.4 計算參數(shù)的確定32-36
• 2.4.1 導(dǎo)熱系數(shù)和比熱33
• 2.4.2 熱膨脹系數(shù)33-34
• 2.4.3 太陽輻射吸收系數(shù)34
• 2.4.4 輻射發(fā)射率34
• 2.4.5 綜合換熱系數(shù)34-36
• 2.5 本章小結(jié)36-37
• 第三章 橋梁溫度現(xiàn)場監(jiān)測與分析37-62
• 3.1 引言37
• 3.2 橋梁監(jiān)測系統(tǒng)介紹37-40
• 3.3 氣候監(jiān)測數(shù)據(jù)分析40-43
• 3.3.1 大氣溫度40-42
• 3.3.2 風(fēng)速和風(fēng)向42-43
• 3.4 結(jié)構(gòu)監(jiān)測溫度分析43-50
• 3.4.1 測點(diǎn)溫度的變化規(guī)律43-45
• 3.4.2 測點(diǎn)溫度的分布特點(diǎn)45-46
• 3.4.3 箱型梁截面溫差分析46-49
• 3.4.4 橋梁有效溫度與大氣溫度49-50
• 3.5 結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)分析50-60
• 3.5.1 橋梁位移50-51
• 3.5.2 傾斜率51-53
• 3.5.3 引伸計53-54
• 3.5.4 自振頻率54-58
• 3.5.5 阻尼58-60
• 3.6 本章小結(jié)60-62
• 第四章 橋梁溫度場有限元計算62-85
• 4.1 溫度場有限元分析62-66
• 4.1.1 有限元分析的基本假定63
• 4.1.2 有限元模型的建立63-64
• 4.1.3 定解條件的施加64-65
• 4.1.4 求解及后處理65-66
• 4.2 箱型梁截面溫度計算與分析66-75
• 4.2.1 溫度場日變化66-68
• 4.2.2 測點(diǎn)溫度實測值與計算值對比68-70
• 4.2.3 豎向溫差70-72
• 4.2.4 橫向溫差72-75
• 4.3 橋塔結(jié)構(gòu)溫度場計算75-84
• 4.3.1 上部橫梁75-77
• 4.3.2 底部橫梁77-79
• 4.3.3 塔柱79-81
• 4.3.4 橋墩81-84
• 4.4 本章小結(jié)84-85
• 第五章 懸索橋纜索結(jié)構(gòu)溫度分析85-109
• 5.1 主纜熱工參數(shù)85-86
• 5.2 主纜溫度場的有限元分析方法86-93
• 5.2.1 工程背景87
• 5.2.2 主纜溫度場計算87-88
• 5.2.3 主纜日溫度變化88-91
• 5.2.4 主纜有效溫度91-93
• 5.3 懸索橋主纜溫度場分析93-98
• 5.3.1 主纜施工階段溫度場分析93-94
• 5.3.2 主纜運(yùn)營階段溫度場分析94-98
• 5.3.3 施工、運(yùn)營階段溫度對比98
• 5.4 主纜有效溫度的參數(shù)化分析98-102
• 5.4.1 方位角99-100
• 5.4.2 氣溫變化幅值100-101
• 5.4.3 主纜直徑101-102
• 5.5 吊索的溫度場分析102-107
• 5.5.1 PE保護(hù)層吊索102-105
• 5.5.2 灌漿套筒吊索105-107
• 5.6 本章小結(jié)107-109
• 結(jié)論與展望109-111
• 結(jié)論109-110
• 展望110-111
• 參考文獻(xiàn)111-117
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果117-118
• 致謝118-119
• 答辯委員會對論文的評定意見119

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：537292