随着社会的高速发展,桥梁已经在我国的基础交通建设中扮演着举足轻重的角色。温度对桥梁结构的作用不亚于恒载或活载的影响,是造成桥梁在施工和运营中产生裂缝的主要原因之一。我国拥有多种气候类型,不同的气候条件下桥梁的温度效应不尽相同。其中,大温差地区的混凝土箱梁桥温度场分布便有其独特性,较大的温差所导致的温度效应更为明显,给箱梁桥结构的耐久性和安全性带来了巨大的隐患。因此,研究大温差地区大跨径混凝土箱梁桥的温度场和温度效应,揭示大温差地区混凝土箱梁温度梯度和温度应力的分布特征,具有重要的意义。本文以山西某黄河大桥为工程背景,针对具有昼夜和季节大温差的施工和服役环境,开展理论和数值模拟研究,主要工作和结论如下:(1)利用有限元分析软件ANSYS对背景桥梁进行了日照条件下的温度场分析,得到了符合该地区气候条件下的温度梯度分布规律;以箱梁截面尺寸(顶板厚度、腹板厚度、底板厚度、箱梁高度)以及混凝土热工参数取值等作为变量,研究箱梁温度场分布的参数敏感性;对比二维箱梁截面和三维箱梁节段的分析结果,研究分析模型对箱梁温度场的影响。研究表明:顶板外表面的温度最高值出现在14:00左右,腹板和底板的温度最高值则出现在16:00左右;箱梁截面尺寸对温度场分布影响较小,但混凝土导热系数影响较大,导热系数取值越大,箱梁温度场的分布越趋于平稳,截面温差越小;二维和三维模型分析得到的混凝土箱梁桥的温度场分布规律几乎没有差别,表明二维分析方法具有较好的适应性。(2)基于上述箱梁温度场的分析结果,开展热-固耦合分析,探讨在太阳辐射强度最大的白天和降温的夜晚这两种不同条件下的温度应力分布规律,获取箱梁应力的整体时变规律和各个构件的应力变化规律;分别采用二维箱梁截面和三维箱梁节段的模型来对比研究箱梁温度应力的分布规律,验证不同建模方法的计算误差。研究表明:在温度上升的白天,箱梁顶板内、外表面的横向拉、压应力的变化幅度远大于竖向拉、压应力;腹板和底板的横、竖向压应力的变化幅度大于横、竖拉应力;在温度下降的夜晚,箱梁顶板和底板横向应力的变化幅度均大于竖向应力,而对于腹板来说,除了外表面的竖向拉应力变化幅度较大以外,其他部分的横、竖向应力相差不大;此外,三维模型的应力结果均略大于二维模型的应力结果。(3)通过对悬臂施工过程中箱梁1#节段的水化热分析,结合混凝土的材料属性以及相应的水化放热经验公式,研究了悬臂浇筑施工过程中箱梁节段在某些特定时间节点的温度场和温度应力分布特征;基于混凝土抗拉强度的变化规律,提出了如何预防施工过程中箱梁发生裂缝的措施和建议。研究表明:在水化热作用下,混凝土箱梁各个结构的温度和温度拉应力最大值所对应的时间节点不同,且温度拉应力最大值对应的时间节点通常稍滞后于温度最大值对应的时间节点,但均在悬浇的第三天以前。