混凝土箱梁桥日照温度场的实测与仿真分析

通过对某大型混凝土箱梁桥温度场的观测,分析了混凝土箱梁在日照辐射作用下的温度变化情况和竖向温度梯度的分布规律,发现日照辐射作用下混凝土箱梁竖向温度梯度模式近似服从指数分布。建立了基于气象参数的混凝土箱梁日照温度场有限元模型,并验证了该模型的准确性。最后,计算了50年一遇气象参数条件下混凝土箱梁竖向温度梯度分布情况,结果表明,极端条件下混凝土箱梁竖向最大温差可达18.5℃。     

日照作用下混凝土箱梁竖向温度梯度场研究

文章以混凝土连续刚构箱梁桥为研究对象,应用热成像仪实地观测日照温度荷载作用下混凝土箱梁桥中的温度场日变化规律,并分析其最大竖向升、降温温度梯度荷载分布形式及大小;采用ANSYS软件数值模拟分析温度梯度荷载在结构中产生的效应,同时与现行规范进行分析对比。分析结果表明:日照温度荷载在混凝土箱梁桥中产生的竖向升、降温温度梯度场呈曲线型分布,并在箱梁的底板存在温差现象;温度温梯度荷载在混凝土箱梁的腹板、底板中均有应力产生;观测分析所得的温度梯度荷载与现行规范规定的温度梯度荷载在结构中的分布形式、数值大小及其在桥梁中产生的效应方面差异较大。     

寒冷地区混凝土箱梁温度场研究

文章以甘肃省永古高速公路柳条河大桥为例,进行了现场温度观测;利用最小二乘法回归分析理论,拟合箱梁截面温度时程曲线,得出了基于傅里叶函数的温度时程拟合模型;选择典型时刻的实测温度,进行竖向温度分布分析,提出了竖向温度梯度拟合公式。研究结果对寒冷地区混凝土箱梁温度预测及温度应力计算具有一定的参考价值。     

寒冷季节桥上无砟轨道横竖向温度梯度研究

在某客运专线圆曲线段桥上纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器,对无砟轨道温度分布进行了长期连续观测,得到无砟轨道温度场分布的时变规律,并建立适用于寒冷季节纵连板式无砟轨道横竖向温度梯度荷载模式.结果表明:轨道结构的温度变化以日为周期,随着距表面深度的增加,无砟轨道内温度变化幅值逐渐减小,峰值时间不断滞后;竖向温度梯度可拟合为指数曲线,与中国铁路桥梁设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布在形状上较为相似;横向温度梯度模式分为轨道板和底座板两类,轨道板横向温度梯度可采用二次函数拟合回归,底座板横向梯度可采用线性分段函数拟合.     

山区空心薄壁高墩日照温度效应

通过现场桥墩实测温度变化的数据,分析了桥墩在日照温差作用下的温度分布,并用MATLAB拟合出混凝土空心薄壁高墩沿壁板厚度方向的温度梯度模式。结合桥址地理数据和气象条件,采用有限元仿真软件Midas FEA建立模型,模拟分析桥墩温度场,对比计算结果与实测数据,证明有限元求解的可靠性和Midas FEA模拟温度场的实用性。最后根据拟合的温度梯度计算日照温度效应,结果显示,空心薄壁高墩日照引起的温度效应不可忽视。     

多室混凝土箱梁二维温度梯度研究

文章基于对儒乐湖大桥的温度监测,采用假设检验和最小二乘法对多室混凝土箱梁实测温差进行了统计分析;根据监测数据提出多室箱梁的二维温度梯度曲线,并与现行铁路桥梁规范的温度梯度曲线进行比较。研究结果表明:南昌及其周边地区多室混凝土箱梁横向和竖向实测温差服从三参数对数正态分布;竖向和横向温度曲线可表示为2个指数函数相加,模拟温度场与实测值吻合良好,能较准确地描述多室箱梁的温度分布特性。     

变截面连续箱梁桥温度场及其效应的有限元分析

为得到地区温度梯度函数,对一座在役连续箱梁桥进行了长期温度观测.基于热传学原理,对该箱梁的温度场进行了有限元分析,.将实测数据和有限元计算结果相结合,利用数理统计方法,对比分析获得了箱梁竖向温差拟合曲线,对拟合温度曲线下的桥梁纵向温度应力进行计算.研究结果表明:有限元计算结果与实测温度符合较好;计算箱梁竖向温差拟合梯度曲线,求得在该温度梯度下的桥梁纵向最大温度拉应力为1.8 MPa.     

夏季桥上CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道温度梯度研究

通过对我国东南地区某简支梁桥上CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构温度场的持续监测,重点研究了夏季高温下轨道结构温度梯度分布规律,采用高阶矩法建立了轨道结构夏季温度及温差概率统计模型,确定了具有一定重现期的轨道结构温度与温差代表值,提出适用于我国东南地区CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构的夏季横、竖向温度梯度拟合模式.试验研究表明:夏季轨道中部从上至下对应超越概率0.01的高温代表值依次为47.7℃、40.1℃、36.9℃与35.8℃;晴天温度梯度分布均匀,轨道结构横、竖向分别于17:00、15:00达到最大,温差可达6.7℃、12.2℃;竖向和横向对应超越概率0.01的正负温差代表值分别为16.16℃、-6.32℃与7.75℃、-4.43℃;竖向正负温差代表值采用指数形式进行拟合,其分布规律与中国铁路桥梁规范相近,横向正负温差代表值可采用折线形式进行拟合,精度较高.     

波形钢腹板PC组合箱梁内衬混凝土部位温度分布研究

波形钢腹板PC箱梁桥内衬混凝土部位的材料不同,在日照作用下,混凝土与钢材部位的温度分布也不同,因此有必要对其腹板温度场进行研究.本文依托宁夏叶盛黄河公路大桥,利用无线采集仪模块和温度传感器,首次开展了波形钢腹板内衬混凝土部位的温度梯度研究.通过对内衬混凝土截面32个测点进行分析,得到混凝土及波形钢腹板的温度变化规律.利用最大极值分布对百年一遇的极端气温进行预测.研究表明:波形钢腹板箱梁的混凝土顶板、底板和内衬混凝土的竖向温度梯度可按照桥梁规范取值即可.腹板的波纹钢和混凝土材料性质不同,在升温时,存在不同的温度梯度;由于太阳辐射原因,波形钢腹板向阳侧和背阳侧温度梯度模式存在差异,在16点时,内衬混凝土部位的波纹钢和内衬的温差沿高度分布规律为:向阳侧呈现正弦曲线分布,背阳侧呈现梯形分布.本研究首次提出的波形钢腹板内衬混凝土部位的温度梯度可以为该类桥梁设计提供参考.     

大尺寸混凝土箱梁日照温度场的实测与仿真分析

基于对苏通大桥辅助航道桥运营期温度数据的分析以及对不同尺寸箱梁的温度场的仿真计算,研究大尺寸箱梁温度场的分布特点及其影响,提出腹板温度梯度和底板温度梯度的修正方法.研究结果表明:大尺寸混凝土箱梁竖向温度分布特点为腹板温度整体高于梗腋部位温度,而梗腋部位的温度又整体高于底板温度;计算大尺寸混凝土箱梁的温度效应时,由腹板温度和底板温度引起的竖向挠度曲率误差最高可达33.3％.腹板沿壁厚方向最大温度梯度可达9℃,当上部结构上下行分幅布置时,外侧腹板和内侧腹板有不可忽略的横向温差.     

混凝土厚壁箱形墩温度场观测与数值模拟

在现场实测温度资料的基础上,分析了某混凝土厚壁箱形墩在日照温差作用下的温度分布,并参照国内外规范及经验公式,用指数函数形式拟合出了最大温差时刻的温度梯度模式,分析结果对研究贵州地区混凝土墩柱结构的温度分布规律及同类型桥梁的设计和施工有一定的参考价值.采用有限元程序ANSYS对箱墩温度场进行了数值模拟分析,其理论计算结果与实测值吻合较好,从而证明了用ANSYS模拟温度场的可行性.该方法同样适用于同类型混凝土结构的温度场模拟.     

高速铁路箱梁-双块式轨道系统温度梯度研究

温度作用对高速铁路箱梁-轨道整体工作性能有重要影响,通过对我国东南地区某32m简支梁-CRTS I型双块式无砟轨道结构温度的持续监测,重点研究了箱梁-轨道系统日温度变化规律与竖向温度梯度分布规律,基于全年每测点16 560个数据,采用高阶矩法确定具有一定重现期的箱梁-轨道系统竖向温差代表值,提出了适用于我国东南地区箱梁-轨道系统的竖向温度梯度拟合模式.研究表明:可采用一阶傅里叶级数模拟结构晴天温度升降变化特征,拟合程度较高,同一季节拟合参数a、b、ω与φ自上而下逐渐减小,温度波动幅值a随深度增加趋近于0℃;不同季节各截面竖向晴天温度日变化特征基本一致,于11:00~21:00前后出现正温度梯度,于01:00~9:00前后出现负温度梯度;轨道-箱梁整体对应超越概率0.01的竖向正负温差代表值分别为14.87℃与-6.3℃,箱梁顶板对应超越概率0.01的正负温差代表值分别为13.74℃与-3.54℃,底板为2.38℃与-1.12℃,可采用指数对箱梁顶板竖向正负温差代表值进行拟合,其分布规律在形式上与中国铁路桥梁规范相接近,可采用线性形式对底板温差代表值进行拟合,两种拟合形式相关系数的平方均在0.99以上,可为规范修正与桥梁设计提供参考.     

基于长期健康监测数据的混凝土单箱三室箱梁遮阴效应

单箱三室箱梁温度效应复杂,在王家河特大桥箱梁混凝土内埋置了89个温度传感器、并布置了光电辐射传感器与风速传感器,采集频率均为1次/20min。利用无线采集模块进行数据采集,得到单箱三室箱梁太阳辐射温度场分布规律。研究结果表明：太阳辐射测试结果存在季节性,夏季太阳辐射强烈,风速测试结果无明显季节性;受太阳辐射作用影响,向阳侧边腹板竖向温度梯度大于背阳侧竖向温度梯度,夏季竖向温度梯度大于冬季温度梯度;受对流作用影响,中腹板除顶底部测点外变化极小可被忽略;受太阳高度角影响,冬季向阳侧照射时间比夏季长。冬季箱梁最大横向温度梯度为12.0℃,大于夏季的4.7℃;箱梁横向温度梯度成U型分布,背阳侧横向温度梯度的98%超越概率值为6.472℃,首次提出基于向阳侧和背阳侧温度梯度的中国铁路规范的修正公式;建立考虑遮阴长度的温度场模型,揭示了向阳侧腹板横向温度梯度冬季大于夏季的原因。     

基于GPD模型的箱轨极值温度梯度取值研究

基于东南地区某32m简支梁-CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道2a的实测温度数据,提出基于GPD模型的温度梯度尾部数据拟合方法,重点研究了箱梁-轨道系统竖向温度梯度分布规律,并对箱梁-轨道系统的竖向温度梯度尾部数据极值进行了估计,提出现场实测最大温度梯度模式与对应估计100a重现期的温度梯度拟合模式.研究表明:GPD模型可对尾部极值温度数据进行很好地拟合,预估不同概率需求的温度梯度荷载值;箱梁-轨道系统截面Ⅰ与截面Ⅱ日温度梯度变化特征基本一致,于11:00~21:00前后出现正温度梯度,16:00达到最大,于01:00~9:00前后出现负温度梯度,7:00达到最大;采用GPD模型计算对应100a重现期估计值,截面Ⅰ最大正温差的实测值与估计值分别为15.2℃和23.36℃,截面Ⅱ为17.4℃和24.4℃,采用不同形式对箱梁-轨道系统竖向梯度实测正负温度梯度最大值与100a一遇估计值进行拟合,拟合相关系数的平方均在0.98以上,可为规范修正与桥梁设计提供参考.     

混凝土箱梁日照温度场仿真分析

混凝土箱梁的日照温度场可通过理论分析并进行仿真分析,建立箱梁的有限元分析模型,对箱梁的日照温度场进行仿真分析,分别对箱梁各结构面温度的时程变化和各结构面的温差分布情况进行分析.分析结果表明,顶板、底板、腹板外表面的最高温度均出现在14:00,各板内表面的出现最高温度相对于外表面存在滞后,出现时刻为20:00.箱梁各板在日照作用下会出现相应的横向温差,沿梁高方向的竖向温差在14:00达到15.69℃.     

预应力连续箱梁日照温差次内力、应力计算方法

根据等效线性化原则,借助一般有限元程序分析预应力混凝土桥梁的非线性日照温差二次力及温度应力;针对两种温度梯度模式,推导了等效线性化后的特征参数计算公式。最后以湟河桥预应力混凝土四跨箱形连续梁为例,对非线性日照温差二次力及温度应力进行了计算分析。     

高温季节桥上纵连板式无砟轨道的温度分布

为得到桥上纵连板式无砟轨道在夏季高温环境下的温度分布规律,在某客运专线上的CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器对其内部温度进行长期连续观测,得到无砟轨道内温度分布规律以及无砟轨道内横、竖向温度梯度荷载模式。研究结果表明:无砟轨道在与外界进行热交换的过程中,内部温度分布呈现明显的非线性并随环境温度呈周期性变化;随着轨道结构深度增加,不同位置出现的温度峰值逐渐减小,出现时间不断滞后,夏季底座板底部较轨道板顶部出现峰值时间一般滞后3 h,无砟轨道竖向温度梯度分布曲线符合指数分布规律,与中国铁路设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布曲线在形式上较相近;横向梯度分布曲线宜采用三段线分别拟合。     

沥青铺装高温摊铺时钢箱梁温度分布

为获得沥青铺装高温摊铺时钢箱梁温度分布特征,以某长江大桥为研究对象,在桥面板底部横向和横隔板竖向布设25个温度传感器,测试浇注式沥青混合料摊铺时钢箱梁内部主要构件的温度,通过数据分析和模拟,获得钢箱梁最不利温度梯度,并建立桥面顶板底部最高温度的预测公式。结果表明:桥面板底部最高温度达到84℃,最大升温幅度达到67℃,平均升温速率达到0. 83℃/min,局部时段上升至2. 10℃/min;温度的影响范围主要分布在摊铺范围内周边1. 2 m,最不利横向和纵向温度梯度分别为58℃/m和10℃/m,而竖向温度梯度可采用指数函数模拟;桥面板底部最高温度可由气温、混合料摊铺温度和厚度进行预估。由分析结果可见,沥青铺装摊铺高温使钢箱梁在局部区域形成较大的温度梯度,可作为温度应力分析的依据。     

宜昌长江铁路大桥的日照温度效应分析

通过宜昌长江铁路大桥混凝土箱梁日照作用下的温度和应力观测数据,利用Midas/Civil软件进行悬臂施工和合拢后的空间有限元分析,采用不同国家的温度梯度模式进行应力比较,为同类型桥梁的日照温度效应分析提供参考意见,并提出了一些减少温度应力的措施。     

混凝土箱梁横向温度应力分析

研究了日照温度梯度荷载作用下混凝土箱梁的横向温度应力的计算方法.基于热弹性理论和应变阻止法基本理论并考虑纵横向应力之间的耦合,提出一种新的横向温度应力的计算方法.通过与中国公路桥涵设计规范即采用结构力学不考虑应力耦合的计算方法进行对比,证明这两种不同计算方法得出的结果存在明显差别.