基于TAITherm的斜拉桥墩塔温度场及温度效应研究

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斜拉桥通常被用来跨越河流、峡谷以及海洋,斜拉桥的墩塔作为支撑整个斜拉桥的重要部分,不仅要承受桥面和行车带来的压力,还要面临风吹日晒等各种环境因素。混凝土墩塔长期暴露在这种环境下,混凝土桥塔内部产生的温度场及温度效应会对混凝土墩塔产生不可忽视的影响。由于混凝土桥塔的导热性能差,在日照作用下,桥塔内外表面会产生不均匀的温度梯度,导致混凝土内部存在温度应力,进而使得混凝土墩塔形变甚至开裂。在日照温度的作用下,混凝土内部产生的温度场和温度效应不可忽视,不仅如此,温度效应使桥梁产生的偏位会对桥梁的极限承载力产生影响。因此,对混凝土墩塔进行相关温度场及温度效应研究具有重要意义。在以前的研究中很少对墩塔不同季节下的温度场以及温度效应规律进行总结,也没有考虑温度墩塔稳定性的影响。本文以福州琅岐闽江大桥为例,收集当地气象数据作为初始数据,包括每小时温度、入射光强度、风速、湿度、云层覆盖面以及长波辐射。并结合桥塔温度传感器LTM8877实测的2018年温度数据,以此为基础,对闽江大桥桥塔的温度场及温度效应进行研究。本文主要工作如下:(1)研究并总结温度场分布规律。建立斜拉桥桥塔模型,在TAITherm中计算出其温度场,将实测数据与计算结果进行比对,验证计算结果的准确性。以此为基础,选取四个季节典型气候,详细分析不同季节下桥塔不同高度、不同截面位置处的温度场变化,并总结其变化规律。(2)研究并总结温度效应分布规律。在Midas FEA中建立桥塔实体单元模型,施加三维温度场,选取不同高度处、不同厚度的截面作为特征截面。对不同季节下特征截面的温度效应进行研究并总结分布规律,主要包括同一截面处径向位移、应力变化规律,不同截面处同一位置的位移、应力变化规律。(3)研究温度对桥梁稳定性造成的影响。将温度造成的形变作为桥梁的初始缺陷,对其进行非线性分析,考虑几何非线性以及材料非线性,研究不同季节下温度对桥塔极限承载力造成的影响。
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