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《波紋鋼腹板箱梁橋的溫度效應與疲勞性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在工程資料-天天文庫。
1、波紋鋼腹板箱梁橋的溫度效應與疲勞性能研究第一章緒論1.1概述波紋鋼腹板箱梁是一種以波浪狀的鋼板取代混凝土作為橋梁結構箱梁的腹板，同時在箱梁內部輔以體外預應力筋等技術的新型組合箱梁結構，截面形式見圖1-1、1-2。這種結構形式充分利用了混凝土和鋼結構各自的材料優(yōu)勢解決了大跨橋梁的輕型化問題，而且由于波紋鋼腹板為了增加剛度設置了一定的裙皺，使得其能一定程度上限制混凝土頂板和底板的收縮徐變，從而能有效提高混凝土板的預應力效率。這種結構最早出現在1975年，法國CB公司創(chuàng)造性的提出一種由波浪形的鋼板作為箱梁腹板的新型結構。到了上世紀80年代，法
2、國CB公司又研究了其力學特性并進行了模型試驗后，在橋梁史上第一次將波紋鋼腹板應用于實際使用的橋梁上。分別為Cognac橋、Maupre橋與Asterix橋4]?此外，還有挪威的Tronko橋，委內瑞拉的Caracas橋。日本在這一領域的開發(fā)研究也并不落后，并做了一些比較詳細的分析。1993年，鄰國曰本就首次建造了名為新開橋的簡支預應力波紋鋼腹板箱梁橋，其后又陸續(xù)建造了本谷川橋、松本7號橋、中野高架橋等，并進一步拓展了波紋鋼腹板箱梁橋的應用范圍，由最初的簡支梁橋，到后來的連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構橋，截面的變化也由單一高度發(fā)展成為變高度。目前，據
3、估算曰本擁有的波紋鋼腹板箱梁橋已達幾十座之多在我國國內的研究，因為起步較晚，因此無論在設計水平上還是在理論研究方面都還不是很成熟，與法國、曰本等還有一定的差距，但近些年也陸續(xù)擁有了一些具有科研探索性質的橋梁如：山東東營銀座人行橋、浙江寧波雨新河橋、江蘇淮安長征人行橋、河南光山發(fā)河大橋、重慶永川大堰河橋、青海三道河橋等，為今后設計建設此類橋型積累了一部分有價值的工程經驗[7，8]。1.2國內外研究現狀1961年，美國的Zuk認為大氣溫度、風、太陽日照強度和材料特性都是決定橋梁結構溫度場的重要因素，他由收集的氣象資料計算了橋梁的溫度場，得到
4、了混凝土頂板和底板之間的溫度場近似方程，由實橋的觀測數據，分析了鋼-混組合梁橋的溫度場產生的應力[9]。后來Make以實橋溫度測量數據為基礎進行分析，他認為箱型連續(xù)梁溫度梯度沿截面縱向為折線分布，箱梁邊側的腹板及翼緣板的溫度恒定。隨著相關方面的研究深入，人們逐漸了解到混凝土翼緣板的溫度分布不一定為線性。因此英國的Stephenson用結構表面溫度為基礎，認為溫度場分析時沿向混凝土截面縱向溫度為指數分布[n]。在一個橋梁的模型試驗中，新西蘭的M.J.N.Priestiey得出了與英國Stephenson類似的結論英國的Emerson在統(tǒng)計
5、了一些對于研究環(huán)境影響和混凝土導熱性能的試驗結果后，得出了兩者之間的計算公式，不過公式的使用存在一些限制條件，如：橋型、截面和氣候條件等，他同時認為在比較了各因素的相關性后，日照箱射強度無疑是影響最大的因素，太陽福射導致出現溫度梯度這要歸結于發(fā)射率以及於接觸面的吸熱系數，但發(fā)射率對獲得福射量的影響不大；風速是其次重要的影響因素，它決定了混凝土接觸面的對流換熱系數的大小[13]。Ramezankhani為得到在短期與長期溫度荷載作用下混凝土橋梁的溫度計算公式，于是采集了一些橋梁的溫度場的測量數據，他發(fā)展了前人的橋梁溫度效應計算方法，他得到
6、了混凝土橫向溫度應力可能會達到使裂縫產生的結論，因此在設計中需要研究溫度應力[14]。而Shiu和Tabatai通過實橋測量應變和溫度數據對美國Louisiana省的Redriver轎進行了溫度作用研究，分析了沿主梁高度方向的溫度自應力與外應力，他認為溫度梯度沿主梁高度呈三折線分布[1516]。..第二章波紋鋼腹板箱梁橋的溫度場理論2.1引言橋梁結構因為其所處的自然環(huán)境，它不可避免的受到空氣、陽光、風的影響，這些影響又是隨時變化的?；趯徇^程物理性質的差異，熱的傳遞主要有三種基本方式：導熱、對流和轄射，示意圖為圖2-1?；炷潦菬醾鲗?/p>
7、性能較差的材料，波紋鋼又是熱傳導性能較好的材料，所以當外界溫度變化時，混凝土頂板、底板溫度存在分布不均勻的情況，而鋼材的溫度分布又相對均勻。橋梁結構中的溫度分布，按其隨時間變化的不同可以分為穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)兩種；按結構使用材料不同的溫度特性，又能分為線性和非線性的。穩(wěn)態(tài)的溫度場為穩(wěn)定不變的，而瞬態(tài)的溫度場是一個隨時間不斷變化的函數。瞬態(tài)溫度場可根據決定因素的不同分為：曰照福射產生的溫差和冷空氣產生的溫差兩種形式。本文主要從日照溫差的角度出發(fā)，分析波紋鋼腹板箱梁截面的瞬態(tài)溫度場。因為箱梁截面與大氣環(huán)境存在對流和熱轄射，截面內又有存在熱傳導所以它
8、的影響因素比較多，在自然環(huán)境中的橋梁結構，因為外界環(huán)境的不斷變化，其結構內外各點的溫度都在隨時發(fā)生著變化。影響溫度變化的因素眾多如：地理位置、方位朝向、季節(jié)、太陽福射、氣溫等天氣狀況有關，并且結構對大氣也無
