基于实时阴影技术的混凝土箱梁竖向温度梯度模式

环境温度、日照时长以及太阳辐射强度是影响混凝土箱梁竖向温度梯度的重要参数。现行规范的温度梯度计算模式中并未考虑各地区之间差异显著的环境温度等热力学参数。为准确反映我国各地区间温度模式的差异,文中选取各个典型气候地区的代表城市,基于实时阴影技术,利用ANSYS建立了混凝土铺装、沥青混凝土铺装混凝土箱梁的热力学分析模型,对我国混凝土箱梁的日照实时温度场和竖向温度梯度进行研究。结果表明:混凝土箱梁的最大竖向温度梯度出现在西安地区,其竖向温度梯度曲线可用指数函数和直线进行拟合;我国现行公路规范中的竖向温度梯度与实际温度梯度分布有一定的差异,采用混凝土铺装的箱梁梁顶温度梯度取值偏大,采用沥青混凝土铺装的箱梁梁顶温度梯度取值偏小;相比于混凝土铺装,9 cm厚的沥青混凝土铺装层能使箱梁的最大竖向正温度梯度上限值降低4℃,下限值降低3℃,出现时间延迟2 h。

国内外规范的混凝土桥梁截面竖向温度梯度模式比较

收集整理了国内外桥梁设计规范的混凝土桥梁截面竖向温度梯度模式,通过具体算例对这些模式的温度效应进行了比较,并采用有限元方法对该算例的温度效应进行了时程分析。分析结果表明:不同温度梯度模式下的应力分布具有一定相似性,温度基数的取值对温度作用效应有较大影响,对于温度应力及温度挠度的计算是否可采用同一梯度模式,值得进一步研究。

钢箱-混凝土组合梁桥竖向温度梯度分析

为了研究钢箱-混凝土组合梁桥竖向温度梯度分布模式和其影响因素,以某简支钢箱-混凝土组合梁桥为背景,基于三维遮挡算法,考虑太阳辐射、对流换热、结构热传导等因素影响,采用ABAQUS有限元软件建立钢箱-混凝土组合梁桥温度场,分析精细有限元模型。分析四季典型天气下竖向温度分布变化规律,提出了两种竖向温度梯度模式,采用基于温差基数、位置基数的多折线模式对竖向温度梯度进行简化。采用参数分析的方法分析环境参数、材料参数、截面参数对竖向温度梯度的影响,并采用多元线性回归的方法分析各参数的影响程度,提出钢箱-混凝土组合梁桥的竖向温度梯度基数回归函数。

基于现场实测的钢桥面钢箱梁竖向温度梯度研究

为研究适合我国的钢桥面钢箱梁竖向温度梯度,在强太阳辐射和高温天气条件下开展2座钢箱梁桥横隔板竖向温度场的多次现场实测,获得了桥面铺装、钢箱梁横隔板、箱内空气和环境等的温度随时间的变化。基于横隔板各测点温度测量值,分析并比较了2桥竖向温度梯度分布随时间的变化。研究结果表明:在太阳辐射下横隔板上产生了较大的竖向温度梯度,2桥均在14:30记录到最大顶底板温差分别为16.8℃和17.2℃,竖向温度梯度分布曲线也均表现出在距顶板700 mm处明显转折的非线性特征。提出了一种对欧洲规范的四折线模式修正的竖向温度梯度模式,对应的最大顶底板温差为17.2℃。研究结果可为我国钢箱梁桥设计和规范条文补充竖向温度梯度的规定提供参考。

钢箱梁竖向温度梯度模式研究——以武汉市某高架桥钢箱梁为例

对武汉市某钢箱梁桥进行温度监测,基于2018年7-9月的实测气象数据计算了钢箱梁的温度场,采用TAITHERM软件建立了其温度场模型,发现计算值与温度监测值变化趋势基本一致。结果表明:日最大竖向温度梯度分布为非线性分布,与《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中的线性分布存在一定差异;日最大竖向温度梯度分布在距顶板50 cm范围内变化明显,分布曲线呈指数形式。通过极值理论发现广义极值分布可以很好的拟合最大温差值,进而确定了设计基准期内武汉地区钢箱梁竖向温度梯度的分布模式。文中的研究方法可用于分析其他地区桥梁结构的温度梯度分布。

考虑铺装层厚度的钢-混组合桥面系竖向温度梯度研究

首先基于热传递理论,采用实测数据标定数值仿真模型,实现钢-混组合桥面系竖向温度梯度的精细化模拟;计算最大竖向温差下的温度梯度,并与实测结果及规范进行比对分析;最后对比了不同厚度铺装层下结构竖向温度梯度的差异,给出了考虑铺装层厚度的钢-混组合桥面系竖向温度梯度拟合曲线。结果表明,数值模型可以精确模拟日照温度场下结构竖向温度梯度分布,最大竖向温差下结构竖向温度梯度曲线与现行规范基本一致;铺装层及混凝土桥面板存在温度峰值滞后于环境温度的特点,钢梁则基本不存在峰值滞后;高温时间段不同厚度铺装层温度极值相差可达11.2℃,低温时段可达-1.1℃;采用分段函数对竖向温度梯度拟合,精度较高,与数值计算结果相差±1℃左右,但与现行规范钢梁温度梯度相差可达2.6℃,实际工程应考虑结构特征对竖向温度梯度进行修正。

中外混凝土桥梁竖向温度梯度比较

竖向温度梯度效应是桥梁结构设计中最常见的问题,它对于桥梁的整个结构和部分结构应力变形都有着重大的影响,为了找出我国桥梁设计标准温度梯度效应与欧美现行规范之间的不同,文章在英、美、欧洲规范和新西兰桥梁设计规范和以及国公路和铁路桥梁设计规范中将不同的混凝土桥梁截面的竖向温度梯度模型都筛选出来。在不考虑梁体铺装层厚度的情况下,把几者之间混凝土梁的竖向正、负温度梯度和不同截面在同样温度梯度模式下的应力分布都进行了比较。结果表明:同一梁截面在不同的温度梯度模式和不同的梁截面在相同的温度梯度模式混凝土桥梁截面温差的应力分布呈现出一定的相似性,不同的桥面铺装类型及厚度导致采用不同的温度基数对温度作用效应有较大影响;验证了距顶板边沿50cm区域内是预应力混凝土截面温差主要集中分布区域。

无铺装层连续刚构桥温度梯度分析

为研究悬臂施工时无桥面铺装的连续刚构桥竖向温度梯度,文章依据实桥的温度监测数据,拟合了不同时期悬臂施工时的温度梯度曲线,分析了温度梯度作用在连续刚构桥不同悬臂阶段的影响,并基于温度场实测数据,采用最小二乘法推导了PC连续刚构桥主梁竖向温度梯度曲线的拟合公式。结果表明:拟合曲线的计算值与实测值吻合良好,说明了该温度梯度曲线拟合公式精度很高,符合实际工程使用要求。

高原高寒地区“上”形钢-混凝土组合梁的竖向温度梯度模式

以青海省海黄大桥为工程背景,建立了考虑气象参数的组合梁温度场有限元分析模型,采用实桥测试数据对模型进行了验证;分析了"上"形组合梁四季竖向温度分布,给出了升温和降温时竖向温度梯度简化模式,研究了太阳辐射强度、气温和风速等气象参数对温差的影响规律,采用极值统计方法给出了50年一遇气象参数代表值下不同沥青混凝土铺装厚度的"上"形组合梁最不利竖向温度梯度模式。研究结果表明:在日照升温和夜间降温过程中,组合梁竖向温度梯度模式不同;升温过程中最大温差出现在14:00,温度梯度模式可简化为"顶部5次抛物线"加"底部折线"的形式,顶部温差受沥青混凝土铺装厚度影响较大,当铺装厚度分别为0、50、100、150mm时,顶部温差极大值分别为23.8℃、31.7℃、24.1℃、17.4℃,底部温差极大值可取5.1℃;降温过程中最大温差出现在2:00,温度梯度模式可简化为"顶部双折线"与"底部等温段"的形式,顶部温差受沥青混凝土铺装厚度影响较大,当铺装厚度分别为0、50、100、150mm时,顶部温差极小值分别为-12.2℃、-8.2℃、-5.0℃、-2.9℃,底部温差极小值可取-16.4℃;"上"形组合梁竖向温度梯度受气象参数的影响,温度与太阳日辐射总量和气温基本呈线性关系,而与风速表现出非线性关系;"上"形组合梁升温梯度模式与美国AASHTO规范接近,但顶部温差取值较美国AASHTO规范高1.7℃,降温梯度模式与欧洲规范接近,但底部温差较欧洲规范低8.4℃,故本文给出的温度梯度模式更为不利。

钢箱梁竖向温度梯度规范条文的对比与实测

钢结构桥梁处于复杂自然环境中,其温度将随太阳辐射和气温的影响而变化。这种温度变化不仅有均匀的整体温升温降,也有沿横桥向和主梁竖向的不均匀分布。桥梁结构温度的变化和不均匀分布将导致结构热胀冷缩,使得结构发生位移或形变,当这种位移或形变受到约束时,将在结构中产生较大的次内力和温度次应力。在某些不利条件下,结构某些部位产生的温度次应力可能大于车辆或其他活载产生的应力。桥梁设计如忽略或未能正确估计温度荷载效应可能会导致桥梁损坏甚至发生倒塌。为研究太阳辐射下闭口钢箱梁的竖向温度梯度大小和分布特征,首先比较了国内外四个主要规范对主梁或钢箱梁竖向温度梯度的规定,其中,仅欧洲规范1明确规定了钢箱梁的竖向温度梯度模式。然后以长沙湘江三汊矶大桥钢箱梁内的温度实测为研究对象,通过在钢箱梁同一个横隔板上横桥向布设两个温度测试断面,在夏季强太阳辐射和高环境温度的天气条件下,对两个断面上的测点温度进行了多次测量,获得了24 h内铺装层顶面、钢箱梁面板、箱内空气、钢箱底板和环境温度,分析了横隔板上不同测点的竖向温度随时间的变化规律。研究表明:在高温天气和强烈太阳辐射作用下,铺装层顶面、钢箱梁顶板、箱内空气、钢箱底板和环境温度表现出相同的变化趋势;太阳辐射使得桥面铺装快速升温并在14:00左右达到最大值;钢箱梁面板温度在16:00左右达到最高值;面板和底板在14:00—18:00之间存在较大的温差,记录的最大正温差在14:30左右达到最大值(16.8℃);竖向正温度梯度分布为非线性,观测到的梁顶正温差大,但其负温差明显偏小。基于获得的顶底板最大温差,采用四折线拟合了横隔板竖向温度梯度,5个参考点离开顶板的距离分别是0,100,300,650 mm和梁高h,对应的5个温度梯度值分别是ΔT_(1)=17℃、ΔT_(2)=13℃、ΔT_(3)=8℃、ΔT_(4)=4.5℃和0℃。研究表明,欧洲规范1的四折线模式能用于描述该钢桥钢箱梁竖向温度梯度。

混凝土箱梁竖向温度梯度模式分析与预测

以武汉市某混凝土箱梁桥为对象,对其温度场和气象数据进行了长期监测,采用传热学仿真软件TAITHERM对该桥的温度场进行了时程分析,仿真计算结果与实测数据吻合良好,从而验证了仿真计算方法的准确性;通过数据拟合和统计分析,预测得到了武汉地区混凝土箱梁桥的竖向温度梯度模式,并将其与现行公路规范进行了对比。研究结果表明,混凝土箱梁的竖向温度梯度呈非线性分布,与公路桥规中的线性分布形式存在一定差异;竖向最大温度梯度在箱梁顶板范围内变化较为明显,分布曲线呈指数函数形式,且在箱梁底板处也存在一定的温度梯度,需引起重视。

基于实测数据的高海拔大日温差地区拱上组合梁桥-无砟轨道体系温度场研究

温度作用是影响桥梁-轨道结构服役性能的重要因素之一。为探究高海拔大日温差地区拱上组合梁桥-无砟轨道体系的温度场变化规律,基于某拟建铁路上承式大跨拱桥桥址处的环境温度持续监测数据与卫星反演得到的太阳辐射数据,建立了考虑太阳辐射阴影遮挡效应的拱上组合梁桥-无砟轨道体系温度场模型,重点分析日温度变化规律和竖向温差分布规律,获得了考虑实测气温和太阳辐射逐时变化的全年日温度场;采用广义帕累托分布对竖向温差样本进行了极值分布估计,确定不同超越概率的竖向温差代表值,提出多折线形式的竖向温度梯度模式。研究结果表明,梯度相较于平原地区更为显著,无砟轨道的遮挡效应使得温度梯度分布上移,钢梁外侧腹板在冬季产生局部梯度作用;基于实测数据的温差极值估计方法考虑了环境温度和太阳辐射对结构温度场的随机影响,可为特殊地区桥梁设计阶段温度作用的计算提供参考。

悬索桥钢–混组合桥面系温度梯度数值模拟及效应研究（英文）

对钢–混组合结构温度梯度效应的研究,主要是以竖向温度梯度结合二维有限元模型开展的;而对大跨度桥梁实测温度梯度的研究发现,其具有典型的空间特性。鉴于此,以矮寨大桥为研究背景,对大跨度悬索桥钢–混组合桥面系的周年实测空间温度梯度进行实测研究,建立大跨度悬索桥钢–混组合桥面系的空间有限元节段模型,研究在空间温度梯度耦合作用下,桥面系结构参数与力学响应之间的关系,得出的结论可为同类结构的建养提供有益的参考。

基于TAITHERM模拟的钢箱梁竖向温度分布研究

以三亚环岛高速段某钢箱梁桥为研究对象,对其进行温度监测。采用T A I THERM软件建立了其温度场模型,发现计算值与温度监测值吻合良好,可用于分析其他地区桥梁结构的温度梯度分布。

高原高寒地区钢-混凝土组合梁斜拉桥温度效应分析

对比了当前各国规范对钢-混凝土组合梁竖向温度梯度形式及温度基数取值的相关规定,其中英国规范和欧洲规范最为详尽合理。在英国规范的基础上,通过桥位处太阳辐射强度的计算结果对温度基数的取值进行修正。以青海黄南地区哇加滩黄河特大桥为背景,建立全桥有限元杆系模型,对比分析了修正的英国规范温度梯度模式和中国规范的温度梯度模式作用下主梁的应力分布,以及斜拉桥在整体温差、索梁(塔)温差、主梁竖向温度梯度和主塔顺桥向温差作用下的温度效应及各构件的温度敏感性。结果表明:在青海高原高寒地区,进行桥梁设计时采用考虑地理位置修正的英国规范主梁竖向温度梯度模式进行计算并指导设计更偏于安全;对于主桥的某些构件,温度作用已经成为仅次于恒载的第二大控制作用,所得出的全桥各构件温度敏感性分析结果可为高原高寒地区同类桥梁的设计、计算提供参考和依据。

材料热工参数对混凝土箱梁横截面温度场的影响

为研究导热系数和比热容对混凝土箱梁横截面温度场的影响,总结了国内外文献中导热系数和比热容的取值范围,实测了某座混凝土桥的箱梁横截面温度日变化曲线,建立有限元模型开展参数分析。分析结果表明,随导热系数增大或比热容减小,顶板和腹板上部的温度日变化曲线峰值增大,峰值出现时间提前。材料热工参数对腹板下部和底板温度日变化曲线的影响可忽略。当导热系数介于1.0~2.0 W/(m·℃)或比热容介于800~1000 J/(kg·℃)时,温度日变化曲线有限元计算值与实测值吻合较好。材料热工参数对横截面平均温度曲线最大值的影响可忽略,但对横截面竖向正温度梯度曲线影响较大。随导热系数或比热容增大,顶板和底板正温差减小,对腹板影响可忽略。比热容的影响小于导热系数。

大跨度连续刚构桥日照温度场研究

通过对某特大连续刚构桥运营期的温度和气象的观测,在实测的基础上,研究了箱梁桥在日照辐射作用下的温度场及其变化规律。结果表明:日照辐射作用下,箱梁有较大的竖向温度梯度变化,当底板较厚时(墩顶),底板与腹板存在负温差现象;一年中箱梁的梁内空气温度受大气温度的影响,随着时间的推移明显呈正弦规律变化。以上发现对同类桥梁地域温度效应的分析具有参考价值。

武汉地区某钢-混组合箱梁桥温度场研究

针对武汉地区某钢-混凝土组合箱梁桥,通过有限元软件联合使用的仿真分析方法建立了其温度场有限元计算模型。在此基础上,分析了钢-混组合箱梁在夏季的温度时程变化,将温度场模型计算所得的最不利竖向温度梯度与我国现行公路桥规进行了对比分析,并对其竖向温度梯度的主要影响因素进行了敏感性分析。研究结果表明:钢-混组合箱梁内部存在着一定的温差,夏季竖向最大日温差可达11.2℃;钢-混组合箱梁的最不利竖向温度梯度与公路桥规的双折线分布模式有所不同,混凝土桥面板与钢箱梁的结合处存在3.5℃的温差,钢箱梁的腹板和底板处存在0.7℃的温差;环境因素对钢-混组合箱梁竖向温度梯度的影响大于结构因素。研究成果有着一定的理论价值和现实意义,以期为相关工程提供参考。

夏季高温双块式无砟轨道道床板早期温湿度分布特征

为了研究夏季高温道床板浇筑早期温度和湿度分布规律,制作了新建高铁桥上双块式无砟轨道道床板试验模型,开展了道床板浇筑早期温湿度长期监测试验,研究了温湿度分布规律和温度竖向、横向和纵向分布形式,并基于GEV模型提出了日温度最值代表值和日最大竖向正、负温度梯度代表值。研究结果表明:1)当龄期为11 h时,道床板温度达到最大值;在水化热影响下,浇筑后92 h内道床板温度随着埋深增加而呈递增趋势,随后受气温影响,温度呈相反规律变化;纵向板中湿度减小率比板端的高;2)道床板竖向温度是埋深和时间的非线性函数,分布呈“抛物线”形;埋深100~230 mm是高温核心区;道床板板中处竖向温度梯度最大,且竖向温度梯度随着埋深增加呈现出较大差异性;3)受线路走向影响,横向温度呈凸形非对称分布;纵向温度梯度较小,为了简化计算可以忽略不计;4)板中竖向负温度梯度代表值为67.17℃/m,大于规范值,建议竖向温度梯度取值在有条件情况下可根据现场实测数据确定;5)道床板早期温湿度、竖向温度梯度分布应重点研究板中断面,为了防止道床板浇筑后表面出现裂纹,应注重洒水养护,尤其是道床板板中洒水要均匀且充足。

钢-混凝土组合桥面板温度梯度效应的试验研究与数值模拟

为深入研究钢-混凝土组合桥面板的温度梯度效应问题,根据电辅热原理制备温度梯度加载装置,以钢桁加劲梁悬索桥组合桥面板为对象,对不同边界约束条件下的钢-混凝土组合节段展开了室内温度梯度试验,提出了竖向温度梯度分布模式的计算式,建立了热-力顺序耦合的精细化有限元模型,对比分析了不同温度梯度条件下的应力极值情况。结果表明:所提出的试验加载装置能较好地模拟结构在顶面受日照辐射状况下的温度分布情况;试验与精细化有限元模型计算的应力分布吻合较好;不同约束条件下的钢-混凝土桥面板均受竖向温度梯度影响明显,其应力效应不容忽视,混凝土板和钢梁的应力极值几乎与结构竖向温度梯度呈线性相关。