钢-混凝土梁试件的温度分布与温度荷载分析

采用控制容积法来建立钢-混凝土混合梁试件(以下简称“钢-混凝土试件”)温度分布的离散化方程。对钢-混凝土试件在夏季太阳辐射和外气温度变化时的内部温度变化过程进行了数值计算，得到了温度变化规律和分布情况：随着气温和太阳辐射的不断变化，钢-混凝土试件内各点的温度变化趋势近似于余弦曲线，内部温度分布与其所处方位、表面朝向以及太阳辐射强度有很大的关系。指出对青藏线上铁路桥梁结构的温度荷载将产生不利影响问题应予以高度重视。     

青藏铁路钢-混凝土组合结构低温试验研究

针对钢-混凝土结合梁在青藏铁路上的应用,模拟青藏线的温度环境,用专门研制的低温设备(最低温度能保持在-50 ℃以下),对由14MnNbq钢构件、φ22栓钉和C50混凝土组成的钢-混凝土组合件作了低温疲劳试验.试验中,考虑了钢板的轧向和环境温度变化等因素的影响,研究了低温下φ22栓钉的破坏形式和疲劳承载力等问题,并将低温下的试验结果同常温下的试验结果进行了对比.研究表明:同等荷载下,φ22栓钉在-50 ℃～0 ℃的低温环境下疲劳寿命比室温下长,且有温度越低,疲劳性能越好的趋势;钢板轧向对栓钉疲劳寿命影响很大;14MnNbq钢材质优良,转变温度低于-50 ℃,-50 ℃下,栓钉焊在14MnNbq钢板上对钢板材质无影响.采用FZS型温度数据自动测试系统,模拟青藏线昼夜降温、升温过程,对钢与混凝土的温差做了测试.根据测试结果,青藏铁路结合梁设计中钢与混凝土温差可按15 ℃取值.图6,表1,参16.     

标准火灾下配筋圆钢管混凝土柱温度场试验研究

为研究ISO 834标准火灾升降温作用下配筋圆钢管混凝土柱的温度场分布规律,首先进行了2根配筋圆钢管混凝土柱的温度场试验,升温时间分别为30 min和60 min,进而在确定材料参数,分析传热方程的基础上,利用有限元软件ABAQUS建立模型,模型结果与试验结果吻合较好.结果表明:沿柱纵向位置不同的测点温度发展规律一致,试件轴向温度场均匀分布;试件内部不同位置存在温度梯度,越靠近截面中心处,所能达到的最高温度越低,达到最高温度的时间越迟缓,降温也越缓慢;在升温过程中,混凝土材料温度达100℃时,形成一个温度平台,配筋对混凝土温度分布影响可以忽略.     

钢-混凝土连续结合梁的温度效应

在静定钢-混凝土结合梁温度响应的基础上,求出了单跨超静定结合梁的劲度系数和温度变化时的固端弯矩;根据力矩分配法,并考虑混凝土的受拉区开裂而不能承载的特点,分析了连续结合梁在温度作用下的响应.以京沪高速铁路三跨钢-混凝土连续结合梁为例,计算了在存在温度梯度、温差和骤然降温时的应力、挠度及剪力钉的受力情况.研究结果表明:当混凝土的温度变化大于钢梁的温度变化时,混凝土中的应力均为压应力,钢梁中的应力均为拉应力;当温度变化较大时,连续结合梁将产生不容忽视的应力;在计算连续结合梁的温度响应时若设钢和混凝土的线膨胀系数相等,则会产生较大的误差.     

钢-砼结合梁温度应力的弹性力学解

采用弹性理论的半逆解法,视静定钢-砼结合梁为平面应力问题,将应力函数取为三角级数,考虑钢与混凝土的相对滑移,推导了钢-砼结合梁在一般温度分布作用下的应力公式。最后,通过算例,计算了钢-砼结合梁在温差、日照温度变化和骤然降温三种工况下的温度应力。     

一种用于测量混凝土试件温度应力的温度荷载施加方法

采用电热带缠绕混凝土试件的加热方法,设计了一种用于测量试件温度应力的温度荷载施加方法．混凝土试件为圆柱体,内部中心位置埋设混凝土应变计和温度传感器,电热带外侧用隔热保温性能良好的聚氨酯泡沫填缝剂密封．试验时把试件置于普通压力试验机的上下承压板之间,温度传感器控制升温幅度,压力传感器测定温度应力,内埋的混凝土应变计和外设的千分表测量试件的温度变形．试验结果表明,该方法能够给混凝土试件施加较为均匀的温度荷载,升温幅度可达70℃;与水浴、油浴等其他加热方法相比,该方法不仅结构简单、试件受热均匀,而且能在普通压力机上进行温度应力测定,为温度应力的试验研究提出了一条技术思路．     

火灾下钢-混凝土组合楼盖的声发射特性

为研究火灾下钢-混凝土组合楼盖的声发射特性,利用声发射采集仪对火灾下长跨跨中布置次梁的足尺钢-混凝土组合楼盖进行监测。火灾模拟环境为ISO 834标准升温曲线,通过对钢-混凝土组合楼盖的板角、周边、跨中等关键位置处的声发射数据进行滤波分析,研究典型的声发射特征参数(计数、累计计数、幅值和能量),并结合试验破坏的宏观现象,探讨了火灾下钢-混凝土组合楼盖的传力机理及与声发射参数特征的关联。研究结果表明:火灾作用下钢-混凝土组合楼盖的声发射参数随截面温度的非线性变化表现出不同的特征,且与混凝土板面上裂缝开展的不同阶段相吻合,这与材料和结构的力学行为密切相关;试验过程中,声发射源信号在升温初期最为活跃,这与声发射信号中计数(振铃)和累计计数曲线的转折点特征吻合,可以用来反映裂缝开展的过程、分布区域和密集程度;声发射事件在空间位置上的分布特征变化是结构失稳和内部损伤产生的重要前兆,声发射信号本身的强弱(幅值、能量等参数)需特别关注;降温时,组合结构中钢梁、混凝土板间热膨胀系数的差异使得两者之间会有错动产生,直接导致该阶段的声发射信号仍然较为活跃,建议今后建立火灾下结构倒塌的声发射预警系统时予以关注。     

预埋碳纤维发热线桥面升温性能影响因素分析

为研究预埋碳纤维发热线桥面的升温性能,使用有限元软件建立温度场模型,分析发热线间距、埋深、温度及沥青混凝土比热容、密度、导热系数对桥面铺装层升温效果的影响.结果表明:结构表面温度与发热线的间距及埋深呈负相关,在环境温度为-5℃,发热线间距、埋深分别为8和4 cm时,加热2 h后结构表面温度处于2.10～3.54℃之间,温度场分布均匀;发热线温度在30℃以上时,桥面温度均大于0℃,且桥面温度随发热线温度升高而近似线性增长;结构表面温度与沥青混凝土的比热容及密度呈负相关,但影响较弱;沥青混凝土导热系数自3 600 J·m~(-1)·h~(-1)·℃~(-1)提高至4 800 J·m~(-1)·h~(-1)·℃~(-1)时,桥面温度可提高86%.总之,结构表面温度与沥青混凝土的导热系数呈正相关关系,且受影响较大;发热线间距为8 cm、埋深为4 cm时,升温性能最佳.     

二维散热条件对混凝土内部温度梯度及热传输的影响

为了获得二维散热条件下混凝土内部的温度分布情况,采用埋入温度传感器的方法,从水化温度峰值开始测量了混凝土试件内部不同位置的温度变化.结果表明,二维散热条件下,混凝土内部温度受到2个方向上的散热影响.越接近试件表面的位置,其温度随时间的增加下降得越快,产生的温度梯度越大,因此造成温度应力更大;在快速降温阶段,即从终凝到6...     

升温和降温过程中混凝土梁内温度场的试验研究

为研究升温和降温过程中混凝土梁不同位置处的升温、降温速率及温度场的分布规律,通过8根混凝土梁在高温炉中的加热和冷却试验,测定了4种温度工况（400、600、700、800℃）下混凝土梁内不同位置处温度随时间的变化规律。通过试验数据的分析,得到了加热和冷却过程中混凝土梁内不同位置处升温、降温速率的特点及温度场的变化规律,为混凝土高温或火灾试验中确定合理的加热时间提供了参考依据。     

基于不同对流下加热系统的数值模拟与实验研究

采用多孔介质导热方程、DO辐射模型以及标准κ-ε湍流模型,建立三维热物理模型。应用有限体积法计算了室内沙疗室气固耦合传热问题。首先在自然对流条件下,即沙疗室不开风扇、处于无风状态时,改变其加热方式,分别为单面加热和双面加热。对比分析不同加热方式下,空气层以及沙体层温度场的变化。其次在双面加热条件下,改变其对流方式,分别为自然对流与强制对流。对比分析不同对流方式下,空气层温度场、速度场的变化,以及沙体层温度场的变化。最后,通过实验加以验证。研究发现强制对流条件下的双面加热能够加快空气热对流速度及沙体传热速度,使沙体层温度分布均匀化,进而提高沙体的传热效率。     

利用试井资料确定油层的热物性参数

为了确定地层条件下油层的热物性参数,根据油田试井资料建立了生产井油层区域的导热和对流换热非稳态混合传热数学模型,确定了合理的边界条件和初始条件,计算了油层沿径向的温度分布剖面。采用复形调优法及变步长有限差分法,对目标函数进行了求解,确定了油层的综合导热系数、热扩散系数、热容量和井底产液温度等参数。将实例计算的井底产液温度与现场试井实测数据进行了比较,结果表明,两者吻合较好,能够满足工程精度的要求。     

燃烧室偶合系统不稳定传热的数值分析

本文在轴对称不稳定热传导有限元分析模型的基础上,提出了一个内燃机燃烧室的活塞与缸套偶合系统的不稳定传热数值分析模型。该模型考虑了在燃气与边界的对流和热幅射非线性热交换条件下运动着的活塞、活塞环、缸套和润滑油膜之间在传热过程中的相互作用和影响,可以预测上述系统各部分的温度波动分布、瞬态温度场以及瞬态热流分布。     

热辐射和绕组绝缘纸对自然对流下的变压器温度影响

为考虑在实际中热辐射和绕组绝缘纸对变压器自然对流的温度场影响,文中以 1台SSZ20-63000/110的油浸式变压器为原型,建立了包含垫圈、绝缘纸筒、压板、绕组绝缘纸和黑体热辐射的变压器热点温升物理计算模型,通过一种基于有限元的方法研究了热辐射和绕组绝缘纸对变压器自然对流的温度场影响。结果表明：在自然对流情况下,热辐射会使得绕组的热点温度和温升值发生小幅度升高,而绕组表层绝缘纸使得绕组的热点温度和温升值大幅度升高;热辐射不会影响热点的位置分布,而绕组绝缘纸会使热点位置发生下移;虽然热辐射对绕组的热点温度影响较小,但是和绕组绝缘纸一起考虑时影响较大。可见仿真计算时最好不要忽略热辐射和绕组绝缘层,否则与实际值相差过大。     

旋转和磁场耦合作用对振荡Marangoni-热毛细对流的影响

双向温度梯度下环形浅液池内的硅熔体中会形成Marangoni-热毛细对流,当其中一个温度梯度超过临界值时,流动会变成三维振荡流动,同时,自由表面上的辐射换热还会使流动变得更加复杂。为了寻找有效削弱三维振荡流动的方法,通过三维数值模拟分别研究了只有液池旋转、只有轴向磁场和两者耦合时环形浅液池内的Marangoni-热毛细对流。结果表明,液池旋转和轴向磁场都可以对Marangoni-热毛细对流产生一定的削弱作用,而两者的耦合会相互促进。考虑到磁场的负面效果,在尽量小的磁场强度下获得了维持轴对称稳态流动的最佳参数组合。     

核电水泵在热冲击下瞬态热效应的研究和分析（Ⅱ）──三维时变有限元分析和计算

本文首先推导了非耦合热传导方程和拟静态热弹性运动方程的有限元求解公式；然后，根据核电水泵的结构及其性能参数，估算出了水泵不同区域处的对流换热系数；最后，在进行了大量的试算工作和有关数值考核计算的基础上，采用三维时变温度场、热应力和热变形场有限元分析方法，详细考察了核电停堆冷却泵在受热载冲击下各瞬时的瞬态温度场及热应力、热变形场的分布状况和变化行为．本文的研究工作初步形成了对核电水泵机组在热冲击下的瞬态热效应分析的研究方法；同时亦为最终替代代价昂贵的实物实验提供了坚实的理论基础和关键的计算手段．     

多变因素条件下延伸表面传热通用数值分析计算的研究

研究各种形式肋片在辐射－对流－导热的联合作用下，以及变换特性参数时稳态与非稳态传热的通用数学物理模型和数值计算方法，考虑了辐射与整体肋片传热计算的耦合问题。     

激光辐照移动平板温度场分布的有限元分析

基于热传导理论,采用有限元方法建立激光辐照无限长移动平板表面激发瞬态温度场的三维模型,用以研究移动平板上下表面瞬态温度场.考虑板材料的热物理参数依赖于温度、板表面的热辐射及对流等因素,计算了上述因素及移动速度对温度场的影响,并进一步讨论了激光半径对温度场的影响.数值结果表明:激光辐照移动平板后,在材料中将产生准稳态温度...     

基于辛方法的二维非稳态热传导问题研究

基于二维热传导理论,通过引入对偶变量,推导了非稳态热传导温度场问题的辛对偶方程组。采用分离变量法和本征展开方法,建立起一种本征值和本征解的直接求解方法,得到了适用于任意跨厚比的平面非稳态问题的解析解。由于在求解过程中不需要事先人为地选取试函数,而是从基本方程出发,直接利用数学方法求出问题的解,使得问题的求解更加合理化。探讨不同跨厚比、不同时间步长情况下温度和热流密度的分布规律,并与已有解进行比较。结果表明,辛方法是一类可行的研究非稳态热传导的方法。考虑到非零本征值本征解具有局部性特点,进一步讨论不同跨厚比、不同时间情况下温度和热流密度分布的端部效应问题。为非稳态问题的理论及实际应用研究提供了新的途径。     

井巷围岩与风流的不稳定换热

通过对矿内风流与巷壁换热过程的理论分析，得出了围岩与不稳定以流换热系数的解析式、理论解和实用式，导出了风流温度变化和围岩调热圈的计算方法。通过兖州东滩矿4306运顺掘进巷道风流与围岩换热的进行现场实测和分析计算，得出了掘进围岩调热圈与掘进时间呈平方跟关系变化、不稳定换热系数随掘进时间呈负幂指数变化的规律。