通风孔影响下混凝土箱梁桥温度场与温度应力研究

暴露在自然环境中的混凝土箱梁桥存在非稳态温度场，由此引起的过大温差会使混凝土箱梁开裂。本研究开展基于CFD理论的通风孔影响下混凝土箱梁与空气流固耦合传热特性研究，分析混凝土箱梁的温度场与温度应力。.首先建立带通风孔的混凝土箱梁实验模型，研究日照辐射、大气降温等不同气象条件下，混凝土箱梁内外风速、风压等流场矢量与温度场的变化规律。其次基于CFD理论与有限体积法，建立带通风孔的混凝土箱梁与内外空气的流固耦合传热模型，确定不同气象条件下箱梁内外气体的湍流模型，得到混凝土箱梁内外气体的自然对流特性与箱梁瞬态温度场分布。然后改变通风孔设计参数，研究箱梁与内外空气热交换规律的改变。再利用有限元方法，分析混凝土箱梁在不同温度场下的应力响应。最终提出以有效降低温度应力为指标的通风孔优化设计方法。研究成果将丰富并创新混凝土箱梁桥裂缝控制与设计理论，对我国混凝土箱梁桥的裂缝控制工作具有重要的实用价值。

混凝土箱梁的温度作用效应直接影响了公路混凝土箱梁桥的安全性。统计资料和研究表明，公路桥梁混凝土箱梁某些部位裂缝是由于温度作用而产生的，其原因是缺乏在系统观测数据上对混凝土箱梁温度场的深入研究。本研究旨在公路混凝土箱梁桥温度场的实际观测基础上深入研究并完善混凝土箱梁温度场的理论与计算方法。主要研究内容和成果如下：. 对陕西，江苏，江西等地域的大跨径公路桥预应力混凝土连续箱梁进行了的温度与应变连续观测，根据观测的数据，系统地研究了混凝土箱梁温度场随时间的变化规律。测试日照辐射、大气降温等不同气象条件下，混凝土箱梁周围风速，辐射等环境变量作用下混凝土箱梁温度场的变化规律。. 采用系统聚类分析与非参数统计方法对混凝土箱梁日最大竖向温差进行了研究，结果表明，对于使用阶段具有100mm沥青铺装层的混凝土箱梁，最大正温差在夏季服从于W(8.5360, 3.6658)的Weibull分布，在冬季服从W(3.9760, 2.5202)的Weibull分布。相应温差可以用weibull分布表示。. 通过流固耦合方法建立空间有限元模型对不同气象条件下混凝土箱梁桥的温度场和应力场进行了研究，得到了不同作用下温度场与温度应力的计算模式。进行了不同模式下应力分析。结果显示，采用保温措施后，得到的箱梁混凝土应力值会变小。..