日照作用下圆钢管混凝土柱截面温度场分析

以湖南黄花国际机场新航站楼为原型,分析了圆钢管混凝土柱在日照作用下的截面温度场。并采用ABAQUS软件对不同直径的圆钢管混凝土在角柱和边柱受热工况下的截面温度场进行数值模拟。研究结果表明,在相同受热工况下,不同直径圆钢管混凝土柱的截面温度分布规律相近,角柱与边柱沿受热方向的截面温度分布规律相近,大直径柱以及边柱由于受热面积大导致截面平均温度较高。在此基础上,拟合得到角柱和边柱在日照作用下的截面温度场分布模式,计算值与有限元分析值吻合良好。     

温度作用设计中气象参数代表值的确定

在结构温度作用计算中需气象参数作为其边界条件,主要有日照辐射、气温日较差、风速这三个参数。根据上述环境气象参数的变化规律,在对上海地区最近30年的气象资料分析的基础上,确定了太阳辐射日最大值、夏季最大气温日较差、年最大气温日较差的概率分布接近极值I型分布,日平均风速最小值的概率分布接近正态分布。根据概率分布模型,可得到对应于不同重现期的气象参数代表值。本文所提出的方法使得结构温度作用计算中边界条件的确定建立在概率统计分析的基础上,从而使结构温度作用的计算与工程结构可靠度设计方法相协调。     

严寒地区矩形钢管混凝土截面温度分布试验

为研究严寒地区钢 混凝土组合结构的温度荷载,以西宁市作为严寒地区的代表,在现场进行了水平放置带加劲肋的矩形钢管混凝土构件截面温度场测试试验,对日照作用下钢管混凝土构件截面温度分布进行了研究。同时还将矩形钢管混凝土构件的三维温度场简化为二维温度场,建立了ABAQUS有限元热力学分析模型,在考虑太阳辐射、风速以及环境温度等参数的作用下提出了构件截面温度场有限元计算方法。结果表明:钢管混凝土构件钢管测点及管内混凝土测点温度的实测值均与有限元计算值吻合良好;考虑日照作用的矩形钢管混凝土截面温度场为非均匀温度场,构件截面存在着明显的温度梯度;钢管温度受到环境温度的直接影响,其温度变化略微滞后于环境温度变化,温度极值明显大于环境温度极值;管内混凝土的温度则受到环境温度的间接影响,其温度变化明显滞后于环境温度变化,温度极值则小于钢管温度极值;矩形钢管混凝土截面温度分布还会受到管内纵向加劲肋的影响,该加劲肋增大了其与混凝土的接触面积,减少了管内混凝土温度变化的滞后程度,降低了构件截面的梯度温差。     

混凝土圆筒仓日照温度分布有限元分析

为研究日照作用对大直径钢筋混凝土筒仓的影响,本文以热传导理论为依据结合有限元方法,考虑太阳辐射、气温变化、地理位置和几何尺寸等对温度分布的影响,以大型有限元软件ANSYS为平台,利用其参数化设计语言(APDL)建立混凝土圆筒仓日照分布的参数化有限元计算程序,对钢筋混凝土筒仓空仓时的温度场进行瞬态分析。分析得出日照作用下温度分布规律,结果表明不同截面的日照非线性温差以及同一截面的日照非线性内外温差都较大,应对钢筋混凝土圆筒仓的日照温度效应予以重视。     

矩形钢管混凝土截面温度场的试验研究

分别在日照和阴凉条件下对一个矩形钢管混凝土试件进行截面温度场连续的试验观测,并结合有限元方法,在实测温度数据基础上分析矩形钢管混凝土截面温度场的分布规律。结果表明:截面温度场在时间和空间上的非线性分布明显;测点越靠近截面中心点,温度越低且变化越缓和;截面温度场在日照作用下比阴凉条件下整体偏高;日照作用下截面靠近管壁点与中间点最大温差为5.2℃,阴凉处最大温差为3.2℃;靠近管壁点的最高温、最低温和最大温差均比中间点和气温高,其变化趋势与中间点和气温相近;有限元计算结果与实测结果相符。     

磁浮轨道钢箱梁日照温度场及变形研究

磁浮轨道梁日照作用下的温度变形是轨道梁设计需考虑的重要因素,文章根据传热学与有限元理论,结合上海夏季气象参数与日照辐射半经验公式,利用ANSYS建立上海磁浮线轨道钢箱梁日照温度场三维瞬态模型,经实测构件验证,计算值与实测值吻合良好。分析磁浮轨道梁的最大竖向与横向温差发生时刻的温度梯度分布,并以指数函数为基础拟合得到对应温度梯度曲线,竖向温差拟合值略低于德国磁浮规范值,横向温差拟合值高于德国磁浮规范值。基于日照温度场分析结果,计算不同支承形式钢轨道梁的温度变形,得到磁浮轨道钢箱梁在双跨连续形式下能够较好抵抗温度变形的结论。提出磁浮轨道钢箱梁外露部分涂料的选取建议,以减小日照辐射吸收能量,从而降低截面温差及温度梯度变形。     

大体积混凝土水化热温度场数值模拟

以某基础承台大体积混凝土施工为例,根据三维热传导理论,采用有限元软件模拟了底板大体积混凝土的温度场,根据计算值与实测值对比的结果得出：在运用有限元软件分析大体积混凝土温度场分布规律时,应科学处理有限元模型的初始和边界条件,精确计算混凝土自身的热力学参数。同时,模拟分析结果表明：采用有限元软件建立合理的模型能够较准确的模拟大体积混凝土施工期内部温度场的分布规律,这将为大体积混凝土施工提供一定的指导件意见。     

火灾下钢筋混凝土剪力墙温度场分析

对火灾下钢筋混凝土剪力墙的温度场进行了有限元计算分析,得到了剪力墙截面温度场分布规律,计算结果与试验结果符合较好。在此基础上,分析了混凝土热工参数、迎火面对流系数及综合辐射系数对混凝土剪力墙温度场的影响。结果表明:已有文献给出的混凝土热工参数对剪力墙温度场影响不大,但是温度场对迎火面对流系数及综合辐射系数的变化较为敏感。     

桥梁结构日照温度作用研究综述

为深化对桥梁结构日照温度问题的认识,从桥梁结构日照温度场分布特性、研究方法、温度作用模式与取值方式等方面,综述桥梁结构日照温度作用国内外研究现状,探讨后续的研究重点和发展方向。研究结果表明：桥梁温度场有着典型的周期性时程特征和不均匀空间特征,主要受结构形式、气候和地理环境3类因素的影响,存在明显的桥型间和地域性差异;桥梁日照温度场以数值模拟与实桥测试为主要研究方法,数值模拟中太阳辐射和对流换热的选取尚不统一,基于气象数据开展长期实桥测试十分必要,且应重视测点布置以充分反应桥梁温度非线性分布规律;现有研究多采用多次抛物线、指数曲线和多折线来描述桥梁的温度梯度形式,普遍基于气象参数相关性和统计分析来获得温度作用取值;桥梁日照温度作用的主要发展方向应关注于组合构桥梁温度场的实桥测试与温度作用模式的研究、不同地域和复杂地形条件下桥梁温度作用实测分析,以及大跨复杂结构桥梁日照温度场精细化模拟。     

薄壁空心墩日照实测温度场及仿真分析

高墩大跨桥梁结构常用的空心薄壁墩,受不均匀日照影响会产生不均匀温度场,在建造期或使用期甚至会导致混凝土开裂,对石门特大桥25~#墩进行了实测温度场并基于傅利叶导热定律、太阳物理学等相关理论,建立薄壁空心墩温度场的热边界条件。根据相关文献确定有限元热分析的环境参数与热工参数,运用ADINA软件模拟日照下薄壁空心墩的瞬态温度场分布并与实测值进行对比分析验证,得到沿壁厚方向最不利温度梯度。研究表明:桥墩受日照影响最大的是中午14:00左右受日照直射的空心墩表面,由于混凝土导热性能差,内表面峰值温度相对于外表面有滞后现象,会导致较大的温差效应;截面角隅处对于温度变化最为敏感,由于温差引起得温度应力可能对薄壁空心墩结构存在着开裂风险;环境与热工参数选取合理,采用有限元软件ADINA进行数值模拟具有较高精度。     

逐时温度变化对混凝土夹心板的温度作用

混凝土夹心板外叶往往较薄,逐时气温变化和太阳辐射对混凝土夹心板的温度作用明显。为了解决我国GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》中缺乏逐时温度变化对混凝土夹心板温度作用的取值方法问题,根据1980—2010年长沙市气象观测资料,得到了50年一遇最高温度月(七月)和最低温度月(一月)的标准日逐时空气温度。考虑逐时太阳辐射的强度、朝向、颜色等影响,建立了标准日室外逐时温度模型,并将其分解为稳态温度(年温度)和谐波热(日温度)。推导了在日温度作用下夹心板温度场和平均日温度的解析表达式,分析了不同外叶厚度对夹心板平均日温度的影响。结果表明,夹心板外叶平均日温度幅值随外叶厚度的增加而减小。采用外叶平均日温度相等的方法,得到了按稳态温度场计算日温度作用的等效室外日温度,提出了混凝土夹心板的室外基本气温增加值计算公式,可用于考虑外叶厚度对基本气温增加值的影响。     

混凝土表面太阳辐射吸收系数测试研究

混凝土表面太阳辐射吸收系数是求解混凝土结构温度问题的重要参数之一.本文从热平衡的基本方程出发,提出了混凝土表面太阳辐射吸收系数的测试方法.并通过对不同表面性状混凝土试件的测试,研究了混凝土模板种类、混凝土表面色泽等因素对太阳辐射吸收系数的影响.文中给出了混凝土表面太阳辐射吸收系数的建议值,并讨论了减小结构日照温度效应的相关措施.     

热工参数对混凝土结构温度场影响研究

根据热学基本原理,结合结构设计需要,以上海地区某桥梁为对象,分析了各基本热工参数对混凝土结构温度场和温度效应的影响,重点阐述了表面热交换系数和太阳辐射吸收系数的影响。旨在为混凝土结构温度问题的研究和为考虑温度作用的结构设计提供参考。     

环形超长混凝土结构温度问题研究

利用有限元方法建立环形超长结构温度问题计算的有限元模型，对不同曲率半径的计算模型在季节温差下的温度效应进行计算，得出一些环形超长结构温度应力的分布规律，并得到了一些设计概念，可供环形超长结构设计中考虑温度作用时作参考。     

钢筋混凝土框架温度作用效应非线性分析

根据混凝土热传导和自然环境温度变化的特点 ,讨论了混凝土构件温度分布形式、界面温度的计算方法。对框架结构中温度作用与作用效应的非线性关系的分析表明 ,混凝土开裂后内力减小 ,但温度作用对结构仍有明显影响     

国家体育场大跨度钢结构温度场分析与合拢温度研究

结合国家体育场工程,对温度差异引起桁架结构的内力效应、太阳辐射吸收系数ρ的影响因素以及降低太阳辐射温升的措施进行了分析。通过分析统计得到结构各区域箱形构件的太阳辐射照度,合理地确定了温度场计算采用的各种参数及室内外风速及相应的热传导计算边界条件。采用有限元法计算了箱形构件各表面的辐射温度与构件的平均辐射温升,从而确定了“鸟巢”结构各区域内构件的辐射温度。明确提出大跨度屋盖结构的合拢与合拢温度要求,并根据历史气象温度记录与变化趋势、太阳辐射温升、结构设计的合理性以及结构施工的实际进程,综合确定在大跨度钢结构设计时采用的合拢温度与最大正、负温差。     

Development of the typical meteorological database for Chinese locations

The typical meteorological database for 57 Chinese locations was developed for building simulations and air-conditioning design. The database consists of three parts: the typical meteorological years (TMY), the typical meteorological days (TMD) and the design temperature and humidity (DTH). The typical meteorological year (TMY) is the main part of the database. Because there are not data on solar radiation in the observations, a method to estimate solar radiation with dry bulb temperature difference, relative humidity, total cloud cover and wind speed was developed. Methodologies of interpolations were developed to produce 1 h data with the 3 h data. The global solar radiation on the horizontal surface was separated into direct and diffuse components with the Gompertz function. The typical meteorological day (TMD) consists of the monthly average values of dry bulb temperature, solar radiation, relative humidity, etc. for each hour of the day. The design temperature and humidity (DTH) was developed for the purpose of air-conditioning design. The frequencies of 2.5% and 5.0% were selected to decide the design temperature and humidity for the 57 Chinese locations.     

Generation of typical weather data using the ISO Test Reference Year (TRY) method for major cities of South Korea

Computer simulation of buildings and solar energy systems is being used increasingly in energy assessments and design. Simulation often requires hourly weather data. Such data sets are the Test Reference Years (TRYs), Typical Meteorological Year (TMY) and Weather Year for Energy Calculations (WYEC). Typical weather data consists of 8760 values of various selected meteorological parameters such as ambient temperature, solar radiation, relative humidity and wind velocity and are originally derived from long-term data. This paper discusses methods of selecting typical weather data, the possibility of using the cloud cover data instead of daily global radiation and describes the selection of ISO Test Reference Year (TRY) for major cities of South Korea. The ISO-15927 procedure and algorithms are explained in detail and the Finkelstein–Schafer statistic, the basic selector statistic explained. ISO TRYs for the major cities of South Korea are derived from 20 years of meteorological data recorded during the period 1986–2005. A comparison is made between the 7 sites demonstrating the link between dry-bulb temperature, solar radiation and latitude.