【摘 要】
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南水北调工程是我国经济社会高质量发展、水资源配置优化的重大水网工程。其中,中线一期工程全长1432km,沿线各类建筑物2358座,渡槽工程占27座。渡槽结构具有结构复杂、薄壁异形多等特征,在太阳辐射和环境温度影响下,其结构产生非均匀的温度场,极易产生较大的内外温差,导致裂缝和不均匀变形的产生,进而影响其耐久性能与安全性能。本文以邯郸某矩形混凝土渡槽为例,采用瞬态平面热源法分析了不同环境状态下混凝土
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南水北调工程是我国经济社会高质量发展、水资源配置优化的重大水网工程。其中,中线一期工程全长1432km,沿线各类建筑物2358座,渡槽工程占27座。渡槽结构具有结构复杂、薄壁异形多等特征,在太阳辐射和环境温度影响下,其结构产生非均匀的温度场,极易产生较大的内外温差,导致裂缝和不均匀变形的产生,进而影响其耐久性能与安全性能。本文以邯郸某矩形混凝土渡槽为例,采用瞬态平面热源法分析了不同环境状态下混凝土导热性能的变化规律,利用紫外线加速耐候实验机、直剪仪实验机、小焦点CT检测系统、非接触式全场应变测量系统（VIC-3D）等设备,进行了混凝土在紫外照射、太阳辐射、标准养护条件下抗剪强度实验和孔隙结构特征分析,借助红外热成像仪对太阳辐射下渡槽结构的温度分布情况进行了现场测试,根据室内实验和现场测试结果,采用COMSOL数值模拟软件对矩形渡槽进行了热力分布仿真分析,通过模拟结果与实测值对比验证,检验了热力耦合模型的准确性,进而开展了太阳辐射作用下渡槽热力耦合特征分析,得出如下的结论:（1）测得标准养护28d混凝土的导热系数为1.4278W/（m·K）,比热容为0.6983k J/（kg·K）,而后再在三种不同条件下养护28d龄期,其（饱和、标准、自然环境）的混凝土导热系数分别为1.9203、1.7172、1.5732W/（m·K）,其比热容分别为0.9956、0.6545、0.5958k J/（kg·K）。（2）由剪切实验可知紫外老化后的混凝土剪切强度与剪切位移都呈现降低的趋势,紫外老化7d到28d混凝土的峰值剪切应力从4.93MPa下降到4.35MPa,峰值剪切位移由0.492mm减少至0.421mm;由CT检测实验可知紫外老化下混凝土的孔隙率为1.614%,大于标准养护下混凝土1.059%的孔隙率,并且由三维重构图可知紫外老化下混凝土内部中心处的孔隙较密集;并论述了混凝土在端点处或中间位置处开始断裂的两种情况。（3）通过现场红外热成像无损检测实验,进行了夏季特征日的某混凝土渡槽结构的温度测试,得出了渡槽结构三个不同位置的外表面达到最高温度的时间不一致,上午11h东腹板的外表面温度达到最大值41.7℃;下午16h西腹板的外表面温度达到最大值56.7℃,并且其西腹板外表面温度变化幅度最大;下午18h,底板的外表面温度达到最大值46.4℃,通过采用数学函数拟合了11h与15h底板的温度梯度的关系式;并分析了渡槽结构三个不同位置外表面的太阳辐射强度的变化规律。（4）通过有限元软件COMSOL对夏季与冬季太阳辐射作用下渡槽结构的热力耦合分析,得到了夏季、冬季工况下渡槽结构温度场的模拟值,其夏季的模拟值与夏季特征日现场实测的结果较为接近。由渡槽结构的变形分析可知,仅受重力荷载的渡槽应力集中区域在支墩处,其应力为1.89MPa,中间位置的变形量达到了3.15mm;夏季工况的15h,渡槽的应力达到10.67MPa,而且热膨胀变形对渡槽上端的横向变形影响较大,其变形量为1.34mm。相较于夏季情况下,冬季太阳辐射作用下的渡槽温度升高不明显,结构变化不明显。
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