咸阳地区夏季混凝土刚构桥温度梯度分析.pdf
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1、第 4 0卷, 第 5期 2 0 1 5年 1 0月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 4 0,No 5 Oc t, 2 0 1 5 咸 阳地 区夏季混凝土刚构桥温度梯度分析 陈 凯旋 , 高大 峰 ,董旭 , 路军 ( 西安建筑科 技大学 土木工程学院 , 陕西 西安7 1 0 0 5 5 ) 摘要】为 了得出成阳地区合理的混凝土箱梁温度梯度 , 本文 以咸旬高速三水河特大桥 为背景 , 通过对混凝 土箱梁进行 2 4 h温度监控 , 基于经典热力学理论 , 建立 A N S Y S 模 型, 采用瞬态热分析 , 求 出该桥梁夏季最不
2、利时刻 ( 1 5时 ) 的理论的温度场; 并用实测温度值 与求得 的理论温度值 比较 , 得 出适合该地区 的夏 季混凝土箱梁温度场 分 布图 ; 最后对 比国 内外公路 规范 , 可知该 温度梯度较 为合理 。 关键词温度场 ; 太 阳辐射 ; 混凝土箱梁 中图分类号】U 4 4 1 5 文献标识码 】A 文章 编号 】1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 5 0 2 6 8 0 5 Co n c r e t e Co n t i n u o u s Ri g i d Fr a m e Br i d g e Te mpe r a t u r e Gr a d i e
3、n t An a l y s i s o f Xi a n y a n g Ar e a i n Su mme r CH EN Ka i x ua n,GAO Da f e ng,DONG Xu,L U J u n ( X i a n U n i v e r s i t y o f A r c h i t e c t u r e a n d T e c h n o l o g y , X i a n , S h a n x i 7 1 0 0 5 5 , C h i n a ) Ab s t r a c t I n o r d e r t o o b t a i n t h e r e a s
4、 o n a b l e c o n c r e t e b e a m b r i d g e t e m p e r a t u r e g r a d i e n t i n X i a n y a ng a r e a, t h i s a r t i c l e e s t a b l i s h e d t h e ANS YS mo d e l ba s e d O i l t h e c l a s s i c a l t h e r mo d y n a mi c s t he o r y v i a 2 4h o u r s t e mp e r a t u r e mo
5、n i t o r i n g o f t he c o n c r e t e b o x g i r d e r a g a i n s t t h e b a c k g r o u n d o f Ex t r a - l a r g e Br i d g e o n Xi a n Xu n Hi g h wa y a c r o s s t h e S a n s hu i Ri v e r , c a l c u l a t i n g t he t he o r e t i c a l t h e r ma l fie l d a t t he mo s t u n f a v
6、o r a b l e m o m e n t o f t h e b r i d g e i n s u m me r ( 1 5 0 c l o c k ) b y me a n s o f t r a n s i e n t t h e r ma l a n a l y s i s , t h e v a l u e o f wh i c h wa s c o mpa r e d wi t h t h e me a s u r e d t e mpe r a t u r e v a l u e S O a s t o g e t t h e s ui t a b l e s u mme
7、r c o n c r e t e be a m b r i d g e t e mp e r a t u r e f i e l d d i s t r i b u t i o n; fi na l l y, i t c a n b e s e e n t ha t t h e t e mp e r a t u r e g r a d i e n t i s r a t h e r r e a s o n a - b l e t h r o u g h c o mp a r i s o n be t we e n t h e d o me s t i c a n d f o r e i g
8、n h i g h wa y c o d e Ke y w o r d s t e m p e r a t u r e fi e l d ; s o l a r r a d i a t i o n ;c o n c r e t e b o x g i r d e r 0 引言 工程建设中, 混凝土桥梁在施工建设和成桥后 , 不可避免的受到气温变化的影 响, 进而使结构内部 产 生非均 匀温度 梯 度 , 形 成温 差 应力 。经 调查 研 究表 明 , 温 差引起 的应力 甚 至大于 活载产 生 的应 力 。 甚至导致混凝土产生裂缝 , 给桥梁带来病害 。 目 前各 国规范虽然给出了箱梁截面高
9、度的温度梯度模 式 , 但由于各地 区的 日照辐射强度 , 日出 13落时 间 , 桥梁方位等因素各不相同, 因此使用同一温度梯 度规范显然是不合理的 。本文根据工程实例, 通 过有限元模拟计算 , 对咸阳地 区混凝 土桥梁在夏季 最不利情况下的温度梯度问题进行了具体的分析。 1 温度场现场试 验 1 1工程 概 况 三水 河特 大桥桥 梁全 长 1 6 8 8 0 m, 跨 径组合 为 5 4 0+ 54 0 ( T梁 )+9 8+51 8 5 ( 连 续 冈 4 构 )+ 9 8+ 44 0 m( T梁 ) , 主桥 上 部 为 9 8 m +5 x 1 8 5 m + 9 8 m预应力混
10、凝土变截面连续刚构 , 边中跨比为 0 5 3 0 , 桥梁全宽 2 4 5 m, 采用变截面单箱单室直腹 板箱形断面组成 。其结构如图 1所示。 1 2试验 方案及 桥 址环境 本桥对两个截面进行 了温度应变计布置, 分别 为 1 2 墩中的 2 ( 截面 2 ) 和 6 块( 截面 1 ) 。由于沿 着箱梁 纵 向的温度分 布是 均匀 的 , 故选 取 6 块 截 面进行 分析 , 截 面 尺 寸及 应 变 计 布 置 见 图 2 。测 试 收稿日期 】2 0 1 5 0 5 1 1 【 作者简 介】陈凯旋 ( 1 9 9 0 一) , 男 内蒙古丰镇人 , 从事公路桥梁设 计工作 。 学
11、兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 5期 陈凯旋 , 等 : 咸 阳地区夏季混凝 土刚构 桥温度梯 度分析 2 6 9 时间为 2 0 1 4年的 7月 7日零时至 7月 8 1 3 零时( 共 金 J MZ X一 2 5 6自动综合测试系统。 2 4 h ) , 测试间隔时间为半小时。测试仪器采用长沙 图 1 三水河特大桥 主桥布 置( 单位: m ) F i g u r e 1 A r r a n g e me n t o f s a n s h u i r I V e r b r i d g e ( u n i t : m) 图 2截面 1应变讦 布置图(
12、单位: e ra) F i g u r e 2 L a y o u t d r a w i n g o f s t r a i n g a u g e ( u n i t :c m) 3 2 3 0 2 8 2 6 鑫 赠 2 2 2 O l 8 1 6 0 8: 0 0 1 2: 0 0 1 6: 0 o 2 0: 0 0 0 0: 0 0 0 4: 0 0 时间 ( 时 : 分 ) 图 3 桥址环境温度 Fi g ur e 3 Th e e nv i r o n me n t a l t e mpe r a t u r e o f b r i dg e 当天桥址环境如下 : 太阳辐射强 ,
13、 风速 2 m s 。 大气温度变化范围为 1 6 3 0。箱梁 内空气 由于 处 于不 流通 状 态 , 且无 日光 直 射 , 温 度 较 稳 定 , 变 化 范 围为 2 2 2 6 。箱梁 底 部温度 与 大气 温度 相近 , 但 由于 混凝 Wi g度滞 后 性 , 在 大气 温 度 未 达 最 高 温度时, 梁底温度低于大气温度 ; 超过最高温度时, 梁底 温 度则 高 于 大气 温 度 且下 降 缓 慢 。 见 图 3。 桥梁顶板混凝土表面温度在 1 4 : 0 0到 l 5: 0 0达到当 天最高值。 2 有 限元模型 建立 2 1单值 性 条件 得出导热方程 需确定相应的箱梁
14、单值条件: 箱梁尺寸 ; 箱梁物理条件 ; 箱梁边界条件 ; 初始温度 场条件。 大桥为东西走向, 太阳辐射时桥梁南北方 向 所受辐射量相同, 可认为箱梁两侧温度变化情况相 同。 夏季 中午 的辐射强度较大 , 对混凝土箱梁的 温度场分布有较大的影响。相关资料表明咸阳地区 7月份的太阳总辐射强度为 1 6 2 8 2 k W h m , 据 此可计算出每天的平均辐射量。根据文献 中的辐射 强度的时变函数 , 计算 出每天的平均辐射量。并 按照我国现行 民用建筑热工设计规范 , 可换算出太 阳辐射的每小时折算温度 t s : ( 4 ) = 叶 C 其中: 为吸收率, 取 0 6 5 ; , 为
15、辐射的强度, W m ; c 为物体表面的换热系数 , w ( m K) 。 假设梁段混凝土质地均匀, 无裂缝。主箱梁 采用 C 5 5混 凝 土 , 骨 料 为 附 近采 石 场 取 得 的 碎 石 。 其它参数的选取如表 1所示 : 表 1 计算参数表 Ta b l e 1 Ca l cu l a t i o n pa r ame t e r s 导热系数 1 吸收率 ( l , g k , )g m ( J() ) 一( 换 热系数 ( w ( m )I 1 ) 顶板 底板 腹板 内表面 将 当天 0 6 : O 0到 1 8 : O 0时段 的太阳辐射值 按式( 4 ) 换算为温度值
16、, 作为顶板的边界条件, 根据 实测 箱梁 表面 温度 , 桥 址 温 度 和 以 往 的研 究成 果 中 的类似的数学模 型进行拟合 , 得 出该 箱梁边腹 板 , 底板和室内空气温度的变化情况 的边界条件 : 顶 板气 温 : 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 7 0 公路工程 4 0卷 r 0 = 4 1 9 2 s i n ( 0 2 6 1 7 t +l 0 1 3 ) +2 9 , 9 1( 5 ) 腹板 温度 : T l = 3 1 4 4 s i n ( 0 2 6 1 7 t 一2 6 4 2 )+ 2 7 4 7 ( 6 ) 底 板温度 :
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