铁路PC部分斜拉桥日照温度场及温度效应分析

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预应力PC部分斜拉桥具有刚度大、变形小、跨越能力强、外形优美、养护简单等特点,十分适合作为城市地标性建筑,成为城市的一张靓丽名片。其中,预应力铁路PC部分斜拉桥由于对刚度有较高要求,其主梁形式多采用复杂箱形结构;截面普遍较大,顶底板和腹板普遍较厚。在日照作用下混凝土箱梁温差明显,温度效应显著;且部分斜拉桥受到索梁温差作用,对结构受力也有显著影响。因此,研究预应力铁路PC部分斜拉桥在日照作用下的温度场温度效应问题是十分必要的。本文依托佛山某在建部分斜拉桥项目,结合对主梁温度场进行的实测,对其箱梁温度场分布、箱梁温度应力和箱梁温度梯度效应进行了分析。主要工作如下:(1)根据天体物理学和传热学相关理论,综合考虑气温、大气透明度、太阳高度角和桥梁方位角等天文学参数对太阳辐射的影响和箱梁温度边界的瞬态特性,采用Python编程软件建立模拟了适用于本地区的温度边界条件,得到了综合温度数组。(2)分析实测数据得到部分斜拉桥主梁温度场分布规律,并通过最小二乘法回归拟合得到主梁的最不利温度梯度函数。(3)以综合温度数组为温度边界,对主梁ANSYS二维热分析模型进行温度场和温度应力分析,得到主梁截面的温度分布,并根据温度场计算结果得到沿梁高和梁宽方向的最不利温差与现行铁路规范进行对比。(4)采用ANSYS平面应变单元建立箱梁二维模型,利用间接耦合法计算截面的横向温度应力和纵向温度自应力;采用MIDAS/CIVIL梁单元建立全桥模型,根据变形一致原理得到等效线性温差计算纵向温度次内力。(5)通过对比分析,研究了不同国家规范规定的温度梯度作用对部分斜拉桥的影响并与实测数据拟合的温度梯度模式进行对比。
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