温度场的短期预测及其在桥梁施工控制中的应用

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在土木工程上,根据热量传输过程的物理本质的不同来分类,影响结构温度场的因素一般可分为三种基本型式,即热辐射、热传导和热对流.以光子流(电磁波)作为载体传输热能的现象称为热辐射.热辐射包括太阳直接辐射、天空辐射、大气逆辐射和周围环境辐射等,以太阳直接辐射为主.在无分子团宏观相对运动时,单由微观粒子的直接作用(如迁移、碰撞或振动等)而引起的热能传输现象,称为热传导.依赖流体质团整体宏观移动和相互混合传输热能的物理现象,称为热对流.暴露在大气中的桥梁结构通过热辐射和热对流的形式与外界进行热能交换,通过热传导的形式在结构体内部进行热能转移.热传导是桥梁结构本身的物理特性,在一定温度范围内其值可认为是常数.因此,该文作者认为使桥梁结构温度场发生改变的因数可分为两大类:热辐射和热对流共同作用以及热对流单独作用.前者作用的时间段为日出与日落之间,后者作用时间段为无太阳直接照射的时段(如阴天和晚上).求解桥梁结构温度场的方法一般有有限单元法、有限差分法、神经网络法和实测法等.该文采用有限单元法,并引入热流密度作为结构与外界进行热交换的手段,提出了桥梁结构短期内任何时刻的温度场的预测方法.此方法首先把结构体和时间段进行离散,再根据测定的结构各表面的大气温度,计算求得进入各个结构表面的热流密度值;而后根据外界大气情况采用稳态计算求得一初始温度场;最后,在进行有限元分析时,把各个时刻的热流密度值作为荷载加于结构上,求得相应时刻结构体内的温度场.把该文方法应用于湖北荆州长江公路大桥主桥500M斜拉桥П形横断面和三八洲连续梁箱形横断面,计算结果与实测值相比较,其精度一般可控制在0.5℃-1℃,基本上能满足桥梁施工控制中扣除温度影响的使用要求.并将预测的温度场和实测的温度场用有限元程序计算求得它们对桥梁结构内力(轴力、剪力和弯矩)、位移和索力的影响值,并加以比较,用来验证此方法的可行性和实用价值.在特大型桥梁施工控制中,根据结构内已知的温度场,求解温度应力有很多种方法,文中介绍了数值分析法和拟和法两种方法的计算过程.文中还介绍了己知温度场结构的横向温度应力的求解方法和PC预应力混凝土斜拉桥现场温度消除方法.
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