异型截面混凝土箱梁的温度场分析与截面优化研究.pdf

H 济人学倾l j 学位论文摘要摘要对于太阳照射下的混凝土结构来说，其温度效应主要由两方面的原因产生：由于太阳辐射造成的截面各部分的受热不均匀和由于热传导引起的截面内的温度不均匀太阳辐射造成的截面受热不均匀主要与截面的几何性质紧密相关，因此有必要对截面的几何参数进行研究，考察其对混凝土结构温度效应的影响根据这个需要，本文研究的是截面几何参数对异型截面混凝土箱梁温度变形的影响，主要内容有以下几个方面：为提供异型截面混凝土箱梁温度场分析的工具，本文根据传热学和有限单元法的基本原理，利用A N S Y S 二次开发平台A P D L ，编制了瞬态温度场分析程序A T E M ，不仅实现了各种不同温度场的分析，还实现了温度效应的计算和截面优化分析等功能程序还通过试验对比得到了验证本文利用A T E M 完成了相同气象环境条件下的截面几何参数分析，得到了各个截面参数对温度变形的影响程度，为今后设计中进行截面调整提供一定的参考在几何参数分析的基础上，本文利用A T E M 对比较敏感的几何参数进行了优化分析，以跨中挠度为优化目标得到了～定约束条件下最优的截面几何参数，对截面设计有一定的帮助本文根据最小二乘原理的逼近搜索法，利用A T E M 的优化功能对试验试件的表面热辐射吸收系数进行了单参数识别，取得了很好的效果，为深入研究作了准备。

本文还对四边形单元的积分计算公式进行了一点改进，使其便于相关程序的编制对任意平面太阳辐射的计算和太阳投影位置的判断也提供了直观简洁的方法，应用起来非常方便关键字：异型截面箱梁温度分布温度效应有限单元法A P D L 参数识别优化州济人学坝I ‘学位论文A B S T R A C TA b s t r a c tT h e r m a le f f e c t so fc o n c r e t es t r u c t u r eu n d e rs o l a rr a d i a t i o nm a i n l yd e p e n do nt w of a c t o r s ：s e c t i o n ’Ss e g m e n t su n e v e nh e a t e db ys o l a rr a d i a t i o na n dt e m p e r a t u r ea s y m m e t r yi ns e c t i o nb e c a u s eo fp o o rc o n d u c t i v i t yo fc o n c r e t e ．W h ys e g m e n t sa r eu n e v e nh e a t e db yS u ni st i e du pt og e o m e t r yp r o p e r t yo ft h es e c t i o n ．I ti sn e c e s s a r yt os t u d ys e c t i o ng e o m e t r yp a r a m e t e r st of i n dt h e i ri n f l u e n c e so nb r i d g e ’St h e r m a le f f e c t s ．A c c o r d i n gt os u c hr e q u e s t ，t h i st h e s i sf o c u s e so nt h ei n f l u e n c eo fg e o m e t r yp a r a m e t e r so nt h e r m a lm o v e m e n t so fd e f o r m e d —s e c t i o nc o n c r e t eb o xg i r d e r ．I t sc o n t e n ti n c l u d i n g ：T oo f f e rt o o l st oa n a l y z et e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o no fd e f o r m e d —s e c t i o nc o n c r e t eb o xg i r d e r ，t h i st h e s i s ，b a s e do nt h ep r i n c i p l e so ft h e r m a lt r a n s i t i o na n dF E M ，u t i l i z e sA N S Y SP a r a m e t r i cD e s i g nL a n g u a g e ( A P D L ) t or e l e a s ea ns e c o n dd e v e l o p m e n tp r o g r a mo fA N S Y Sn a m e dA T E M ．A T E Mi sn o to n l yu s e dt oa n a l y z ev a r i o u st h e r m a lp r o f i l e s ，b u ta l s ot oc a l c u l a t et h e r m a le f f e c t sa n dc a r r yt h r o u g ho p t i m i z a t i o n ．I ti st e s t i f i e db yb e i n gc o n t r a s t e dw i t ht e s tr e s u l t s ．T h i st h e s i se m p l o y sA T E Mt oc o m p l e t et h ep a r a m e t r i cs t u d yo fs e c t i o ng e o m e t r yp r o p e r t yu n d e rt h es a m em e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o n ，g e t st h ei n f l u e n c ed e g r e eo fg e o m e t r yp a r a m e t e ro nt h e r m a lm o v e m e n t s ．T h i sj o bC a np r o v i d eas u g g e s t i o nt os e c t i o na d j u s t i n gi nf u t u r ed e s i g n ．B a s e do ng e o m e t r yp a r a m e t e rs t u d yo nt h e r m a lb e h a v i o r , t h i st h e s i su t i l i z e s A T E Mt Oo p t i m i z et h es e n s i t i v eg e o m e t r yp a r a m e t e r s ．I t sa i mi st og e tt h em i n i m u mo fv e r t i c a ld e f l e c t i o na tm i d s p a nb yo p t i m i z a t i o no fs u c hp a r a m e t e r sw i t h i ns o m el i m i t s ．T h i sj o bm a yb er e f e r e n c e dt Of u t u r es u c hg i r d e rd e s i g n ．A c c o r d i n gt ot h eL e a s tS q u a r e sT h e o r y , t h et h e s i su s e so p t i m i z a t i o nf u n c t i o no fA T E Mt oc a r r yo np a r a m e t e ri d e n t i f i c a t i o no fa b s o r p t i v i t yc o e f f i c i e n to fs u r f a c eo ft e s tp i e c eA n di to b t a i n se x c e l l e n tr e s u l t ．T l l i sj o bC a l lp r o v i d ep r e p a r a t i o nf o rf a r t h e rr e s e a r c hT h i st h e s i sa l s om o d i f i e st h ei n t e g r a t i n gc o u n t i n go fq u a d r i l a t e r a le l e m e n t ，w h i c hc a nb em o r ec o n v e n i e n tt op r o g r a m m i n g ．T h et h e s i sa l s op r o v i d e sae a s ym e a n st oc a l c u l a t es o l a rr a d i a t i o no nr a n d o ms u r f a c ea n dt oj u d g et h ec a s ts h a d o wo fr a n d o ms u r f a c e ．K e y w o r d s ：D e f o r m e d - s e c t i o nB o xE f 伯c tF E MA P D LG i r d e rT h e r m a lD i s t r i b u t i o nT h e r m a l P a r a m e t e rI d e n t i f i c a t i o nO p t i m i z a t i o n声明本人郑重声明：本人在导师的指导下，独屯进行研究工作所取得的成果，撰写成硕士学位论文“异形截面混凝土箱梁的温度场分析与截面优化研究”。

除论文中已经注明引用的内容外，对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公开发表的成粜本声明的法律责任由本人承担学位论文储虢罔嘭2 0 0 3 年1 1 月5 日同济大学硕士学位论文第一幸暗论第一章绪论1 ．1 温度效应研究概述1 ．1 ．1 混凝土结构的温度效应自然环境中的混凝土结构长期经受自然环境的气温变化、日辐射变化等剧烈作用由于混凝土材料的热传导性能差，结构物在周围环境温度和太阳辐射等的作用下，其表面温度迅速变化，但是结构的内部温度仍处于原来状态，从而在混凝土结构中形成较大的温度梯度，混凝土结构的各部分处于不同的温度状态由此产生的温度变形在被结构的内外约束限制时，会产生相当大的温度应力在桥梁结构中，由这种温度荷载产生的应力有时甚至比荷载产生的应力还要大，有的预应力混凝土桥梁因此发生严重裂损，给桥梁结构带来了严重的危害因此几十年来，对温度效应问题的研究一直是混凝土桥梁结构中的一个重要课题一般说来对于自然环境下的桥梁结构，其温度效应主要可归纳为年温度效应和局部温度效应两大类【1 1 年温度效应是指常年缓慢变化的年气温，它对结构的影响主要导致桥梁的纵向位移，一般通过桥面伸缩缝、支座位移和柔性墩台等构造措施相协调。

局部温度效应一般指因目照辐射强度、桥梁方位、日照时间、地理位置、地形地貌等因素的影响，使桥面与混凝土内部因对流换热和热传导形成不均匀分布的温度场，导致结构产生温度变形，构件内产生温度次内力和温度应力等温度效应，而温度应力是导致结构开裂的潜在的主要因素。