鐵路橋墩溫度效應(yīng)有限元分析.pdf

1、橋梁從施工階段到運營階段,由于水化放熱和暴露在自然環(huán)境中,都不可避免得要受到周圍環(huán)境氣溫以及日照、寒潮等因素的影響而產(chǎn)生溫度效應(yīng),但因其不能準確計算而被簡化考慮。隨著科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展,越來越多的橋梁開裂甚至坍塌的事故被證實與溫度效應(yīng)考慮不周全有關(guān)。目前國內(nèi)外對箱形主梁的溫度效應(yīng)做了深入研究,但是對于鐵路橋墩溫度效應(yīng)的研究相對較少。因此,對鐵路空心墩的溫度效應(yīng)進行深入、細致的研究是必要的。本文以襄渝線牛角坪雙線特大橋科學(xué)研究和試驗驗證這一

2、科研課題為背景,對水化熱、日照和寒潮作用對橋墩的影響做了具體分析,并與試驗進行對比。在本文的研究中主要內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)利用溫度場反算熱力學(xué)參數(shù)。(2)根據(jù)熱傳導(dǎo)有限單元法原理,運用有限元軟件ANSYS建立三維分析模型,將計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比分析,并進行溫度應(yīng)力分析,得到溫度場分布特點以及溫度應(yīng)力發(fā)展規(guī)律,并提出防止開裂的措施。(3)運用ANSYS有限元程序,對試驗過程中的分層澆筑,間歇時間,拆模時間等影響混凝土內(nèi)外溫差的各種

3、參數(shù)進行系統(tǒng)研究,得出相關(guān)結(jié)論,為施工安排提供一定參考。(4)根據(jù)試驗采用有限元分析程序,進行日照作用下橋墩的溫度場和溫度應(yīng)力分析,并與實驗結(jié)果進行對比。根據(jù)溫度應(yīng)力計算理論,采用解析方法進行計算,并與有限元計算結(jié)果進行對比分析,得到溫度場分布特點以及溫度應(yīng)力發(fā)展規(guī)律。(5)對不同壁厚的橋墩模型進行分析得出不同壁厚的橋墩的溫度場以及溫度應(yīng)力分布特點:沿壁板厚度方向溫度分布不均勻,一般沿壁厚方向的溫差分布為一指數(shù)曲線;隨著壁厚的增加,內(nèi)外

4、溫差以及外壁的壓應(yīng)力也有所增大;同時由于通氣孔的存在,內(nèi)壁表面溫度反而比靠近墩壁內(nèi)側(cè)的溫度高,因而內(nèi)壁拉應(yīng)力并非最大,甚至有時為壓應(yīng)力。(6)結(jié)合《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》的規(guī)定,運用ANSYS高級分析中的優(yōu)化設(shè)計對通氣孔的直徑、布置進行優(yōu)化設(shè)計,得到最優(yōu)方案:通氣孔直徑0.20-0.30m,交錯布置,間距4.5-5m,為設(shè)計施工提供一定的參考。(7)根據(jù)內(nèi)部加熱的逆向試驗方法來模擬寒潮,運用ANSYS進行試驗?zāi)M,并采用經(jīng)驗公式進行計算