《運營期預應力混凝土箱形橋樑的溫度效應分析》是依託濟南大學，由王蕾擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：運營期預應力混凝土箱形橋樑的溫度效應分析
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王蕾
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對預應力混凝土箱形橋樑結構在運營狀態下，普遍出現溫度裂縫的情況，分析橋樑結構的溫度荷載效應。首先，通過對某預應力混凝土箱形橋樑結構進行健康監測，獲得大量溫度等物理監測數據，以及結構應變、加速度等狀態參數。通過對大量監測數據冗餘處理，進行快速有效的數據挖掘，識別出有重要意義的靜動力參數，分析溫度與橋樑結構應變、模態參數間的相關性。然後，建立環境時變溫度荷載作用下的預應力箱型橋樑有限元模型，進行仿真分析，得到不同溫度荷載下的三維溫度分布圖及溫度時程。通過該結構的環境溫度荷載有限元模型，分析模型的靜動力特性，預測變化趨勢。最後，建立預應力混凝土箱梁實驗室模型，施加溫度荷載試驗。基於有限元及實驗室模型，確立溫度荷載作用下預應力混凝土箱梁的損傷模型，給出損傷耦合作用下預應力混凝土箱型梁橋的剩餘壽命預測方法，為預應力箱形橋樑的溫度效應分析獲得較為全面的理論及實測數據基礎。
結題摘要
本文以山東某大跨預應力鋼筋混凝土剛構-連續箱型橋樑為工程背景，在其結構內部安裝了大量的光纖光柵溫度及應變感測器和一系列加速度感測器，長期實時線上監測結構內部溫度、應變和結構的整體模態，並在此基礎上研究了箱梁橋溫度場的變化規律，溫度變化時混凝土箱梁截面的應變以及該橋自振頻率隨溫度的變化規律；建立該橋的三維有限元計算模型，並用有限元軟體ANSYS模擬了寒潮出現時的箱梁橋溫度場變化及對應的溫度效應。首先研究分析溫度感測器實測數據發現，上游幅橋的底板和腹板受日照的影響程度較小，其整體的溫度變化趨勢主要是隨季節而改變；受日照溫度影響最大的位置是箱梁的頂板，且每刻的溫度均明顯高於其他位置。上下游頂、底板受日照溫差的影響差不多，而上下游腹板由於該橋是南北走向的，故同一處所受日照輻射的不同而存在溫差。當豎向高度相同時，橋樑的溫度分布不因縱向位置的不同而改變。並用最小二乘法對下游幅橋邊跨跨中頂板與底板溫差機率密度進行擬合。其次對實測應變進行了分析，得到橋樑箱梁的底板壓應力大於頂板壓應力；另外，測得相同截面位置同高度處上游幅橋的頂板、腹板與底板壓應變均大於下游幅橋，並且該橋樑箱樑上游截面應力曲線波動更劇烈；應變與溫度的變化趨勢一致，但具有滯後性。對模態頻率分析，發現該橋頻率的日相對差值可達1%左右，半年內的最大相對差值可達4.38%；頻率和溫度可以近似簡化認為具有線性關係。最後，用有限元軟體ANSYS模擬寒潮來襲的三種工況， 將寒潮溫度驟降做為環境溫度激勵，研究該過程橋樑箱型截面的瞬態溫度分布；獲得結構頻率時程、不同截面處的撓度變化、以及截面內部各關鍵點的應力變化規律。撓度最大的是主跨跨中，在48小時降溫20℃的工況下最大能達到1.93cm。寒潮作用下箱梁的頂板和底板上應力變化最大的是縱向應力，豎向應力基本不變。寒潮作用下前十階模態48小時的相對差值的最大值可在降溫20℃的工況下達到0.56%，由模擬數值可以看出1階模態頻率與溫度具有負相關性。
