混凝土箱梁桥日照温度场的研究

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发布时间：2021-09-25

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混凝土箱梁桥日照温度场的研究
崔秀琴 1,2，冯仲仁 ’。黄毅 s
(1．武汉理工大学土木工程与建筑学院，湖北武汉 430070；2．焦作大学土木建筑工程学院，河南焦作 454000
3．黄河勘测规划设计有限公司，河南郑州 450000)
摘要：以武汉天兴洲公铁两用长江大桥引桥 III标左幅桥施工监控项目为工程背景，对这座大跨度预应力混凝土连续箱粱桥的温度场
及其温度效应进行了 24 h不问断现场实测。确定了有限元计算箱梁温度场所需的各种参数，并运用大型通用有限元软件 ANSYS建立有
限元模型，模拟计算箱粱温度场，并将计算结果与实测温度值进行对比分析，了解各测点的计算值与实测值吻合情况，证明使用有限元软
件 ANSYS模拟混凝土箱梁桥的温度场是可行的。采用理论计算温度值和实测值相结合的方法，拟合出混凝土箱粱竖向温度梯度曲线，为
进一步计算温度效应做好准备。
关键词：混凝土箱梁；温度场；有限元法；日照；温度梯度
中图分类号： TU528．01 文献标志码： A 文章编号： 1002—3550(2010)06—0037—04
Study on tem perature field of concrete box girder bridge by solar radiation
CUIXiu—qhl 一．FENG Zhong-ren ．HUANG
(1．School ofCivilEngineeringandArchitecture，W uhanUniversityofTechnology，Wuhan 430070，China；2．School ofCivilEngineeringand
Architecture，JiaozuoUniversity，Jiaozuo454000，China；3．YellowRiverEngineeringConsultingCo．，Ltd．，Zhengzhou45000，China)
Abstract： Taking the construction control ofsouth approach span ofWuhan Tianxingzhou Changjiang River Bridge as the research objcot，therm al field an d tem perature effect of this long—span prestressed concrete continuous box girder bridge was observed incessan tly in 24 hours．The pa—
rameters which would be used tO calculate thermal field of box—continuous girder bridge is determ inated．Th e finite element model Can be estab—
Iished to simulate therm a1 field of continuous box—girder bridge．The little difference between the result an d measured value．which prove that the
finite element m ethod Call simulate the therm al field correctly，．is confirmed．Th e vertical temperature gradient curv e which is the foundation of
further calculation，can be obtained from computational solution and measured value．
Keyw ords： concretebox girder；tem peraturefield；finite elementmethod；solar radiation；temperature gradient
0 引言
温度应力是引起混凝土箱梁桥裂损的重要因素之一，其中
由太阳辐射引起的温度应力影响最大，使用不同的温度梯度模
式计算得到的箱梁内温度应力相差很大。要确定混凝土箱梁的
温度应力分布，首先必须确定其温度场。影响混凝土箱梁温度
场的因素很多，有大气温度、混凝土的热参数、空气湿度和太阳
辐射强度等，国内外学者对此进行了大量的研究 l1-目。各国桥梁
设计标准中温度荷载都制定了相应的规范，但这些规范规定的
温度场的分布规律各不相同，我国铁路桥涵设计规范和公路桥
涵设计规范规定的温度场的分布规律也相差甚远。另外，我国
现行规范没有考虑全国范围内的气候差异，不管东西南北均采
用同一温度模式，而我国各地气候相差很大，如果按同一温度
模式进行温度效应分析是不尽合理的。因此，确定正确可靠的
温度场是研究温度效应的关键。为了保证桥梁施工的顺利进
行，就必须要建立适合当地实际情况的温度梯度模式。
为建立适合武汉地区的温度梯度模式。本文以武汉天兴洲
公铁两用长江大桥引桥 III标左幅桥施工监控项目为工程背
景，采用有限元软件 ANSYS对连续箱梁桥的温度场及温度效
收稿日期：2010-01—19
应进行研究，得到适合武汉地区的连续箱梁桥的温度分布规
律，拟合出武汉地区混凝土箱梁竖向温度梯度曲线，为混凝土
箱梁温度效应的计算与研究奠定基础，指导桥梁施工监控的顺
利进行。
1 平面温度场的有限元计算与分析
利用 ANSYSY有限元软件中的瞬态热分析功能，运用传热
学的基本理论，结合武汉天兴洲公铁两用长江大桥工程引线部
分南岸接线的主桥工程的左幅桥监测监控项目测试数据，通过
现场实测与理论计算相结合的方法，对钢筋混凝土箱梁温度场
进行计算与分析。
1．1 箱梁温度场的有限元分析
采用 ANSYS10．0的瞬态热分析功能来计算主梁在全天内
的温度场的分布及其变化情况。单元选取四边形等参数单元
PLANE55，该单元可作为一个具有二维热传导能力的平面或轴
对称环单元作用。单元有四个节点，每个节点只有一个温度自
由度。该单元可用于二维稳态或瞬态热分析问题，并可以补偿
由于恒定速度场质量输运带来的热流损失。如果包含热单元的
模型还需要进行结构分析，该单元应当被一个等效的结构单元