《鋼-混凝土組合結構橋樑溫度場及溫度效應研究》是依託清華大學，由樊健生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：鋼-混凝土組合結構橋樑溫度場及溫度效應研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：樊健生
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
太陽輻射、氣溫等環境因素的改變將在橋樑結構中產生顯著的溫度變化和不可忽略的溫度應力，對橋樑設計的安全性和耐久性有重要影響。由於鋼和混凝土材料熱工參數的差異，鋼-混凝土組合結構橋樑的溫度場具有自身的特點，採用基於混凝土橋樑溫度場理論的溫度荷載來計算組合橋的溫度回響可能存在較大偏差。本項目計畫採用數值模擬、理論推導、模型試驗和實橋測試等方法對鋼-混凝土組合橋的溫度場和溫度效應進行研究。首先，建立可反映組合橋樑特徵的溫度場及結構回響數值模擬平台，得到橋樑的典型溫度分布模式。其次，分別在實驗室條件和實際橋樑環境下進行溫度場測試和溫度效應試驗，獲得的數據可對數值模型進行標定和檢驗。最後，基於可靠度理論和不同區域的氣象特徵提出可供設計使用的組合橋樑溫度荷載模型，分析多類組合橋的溫度回響特徵。本項目成果有助於更準確合理認識組合結構橋樑的溫度分布模式和結構回響機理，並可供工程設計參考。
結題摘要
鋼-混凝土組合橋樑溫度場和溫度效應的研究對保證組合橋樑的安全性和耐久性具有重要意義。本項目對組合橋樑的溫度場和溫度效應展開研究，重點開展了模型試驗、數值模型開發、溫度荷載極值分析等工作，取得的主要研究成果如下： （1）設計一組組合箱梁橋節段的溫度場試驗，分別在室內採用烤燈輻射和在室外進行日照輻射。通過溫度感測器和應變計測量了試件的溫度場和溫度應變，並對不同條件下的試件溫度分布進行歸納總結。提出了組合橋日照溫度場的三種不利溫度分布模式。 （2）建立了組合橋日照溫度場精細分析的理論模型，並在通用有限元軟體ABAQUS平台開發實現，其中太陽輻射和遮擋效應的模擬通過UFLUX子程式二次開發實現。通過對溫度場試驗和已有文獻中的試驗數據進行檢核，驗證了精細數值模型的準確性和可靠性。 （3）在平截面假定基礎上推導了橋樑截面二維溫度場的分解公式。以標定後的精細數值模型為基礎進行廣泛的參數分析，討論了季節、橋樑朝向、橋樑幾何尺寸、瀝青鋪裝層等對組合橋日照溫度場的影響，確定了組合橋樑最不利溫度效應的參數組合。 （4）為提高計算效率，開發了組合橋日照溫度場的高效數值模型，並採用數值計算軟體Matlab編程實現。通過與精細日照溫度場數值模型的對比，驗證了高效數值模型的準確性和效率。提出了組合橋日照溫度場的兩種豎向溫度分布模式對應的簡化公式。 （5）引入極值理論，建立了由地區氣候統計資料計算組合橋設計溫度荷載的計算框架。在此框架下，計算了我國主要城市的50年一遇的溫度荷載數值，並繪製了我國組合橋的溫度荷載取值的區域分布圖。 （6）對典型三跨連續組合直線梁橋和曲線梁橋的溫度效應進行了算例研究，並對曲線組合梁橋針對溫度效應的支座布置方式進行了最佳化。 （7）在包括橋樑、隧道、建築等多項工程中，直接套用了項目所發展的溫度效應計算理論和方法。
