大跨钢结构在特殊气候条件下的温度应力实测研究

利用自主开发的无线应力传感监测系统,对某体育场钢结构在施工过程中特殊气候条件(持续高温和低温)下的温度与应力进行实测,详细研究温度与应力的关系及温度变化所产生温度应力的大小,给出结构在不均匀温度场下的实测温度分布规律,通过有限元模拟,得到构件的应力变化理论值,并将其与实测数据对比。结果表明:钢结构处于非均匀温度场作用下,温度和应力相关性明显,大多数实测数据与仅考虑均匀温度场的理论值存在一定的差异,部分测点实测值大于理论值较多。     

国家体育场日照非均匀温度效应模拟

在太阳辐射作用下,由于构件间复杂的遮挡关系,大跨空间钢结构的温度场呈非均匀分布。本文基于空间解析几何关系,实现了构件遮挡情况的判断,并编制了钢板的辐射升温计算程序。以国家体育场钢结构为研究对象,对构件遮挡类型的判断参数进行了分析,采用ANSYS软件模拟了结构的稳态温度场,对比分析了结构均匀和日照非均匀温度效应。结果表明,结构日照温度效应呈现非对称和非线性的特点,下弦单元温致应力的变化幅度较上弦单元更大,对结构性能的影响与均匀温度效应相比更为显著。本文提出了一种实用的结构日照温度场模拟方法,可实现复杂体型大跨空间结构日照温度场及非均匀温度效应的模拟分析。     

上海65m射电望远镜天线结构日照非均匀温度场

研究分析太阳辐射作用下上海65m射电望远镜天线结构的非均匀温度场。首先解析光线投影算法计算天线结构日照阴影的具体步骤,基于该算法编写天线结构日照阴影分析程序,然后采用该程序对不同工作旋转角的天线结构进行日照阴影数值模拟,获得各构件不同时刻的日照系数;在此基础上,修正天线结构各构件所吸收的太阳辐射能量,以此作为主要热荷载模拟不同工作旋转角下天线结构的非均匀温度场,统计天线结构温度场分布的时间特性和空间特性。分析结果表明:光线投影算法可以有效地解决射电望远镜天线结构的日照阴影问题,日照阴影对天线结构的温度分布具有不可忽视的影响。     

暴露环境下矩形钢管混凝土构件截面温度场实测研究

超高层结构常采用矩形钢管混凝土柱,在太阳辐射下,钢管表面温度最高可达到50℃左右,由于钢材和混凝土的热物理性能存在较大差异,以及太阳辐射的非均匀性,导致钢管壁的四面和核心混凝土温度分布极不均匀,进而会影响钢管混凝土柱的受力。为了解太阳辐射下矩形钢管混凝土柱的截面温度场分布,通过对矩形钢管混凝土构件截面布置温度测点进行了截面温度场的实测,对构件温度分布进行了分析。结果表明:方钢管混凝土试件截面温度场随截面空间分布的非线性特征和时间变化的非线性特征显著;钢管表面各测点与中心测点及气温间温度峰值出现的时间存在差异;截面温度场为非均匀温度场,截面中心温度最低时整个截面温度场的非线性特征表现最为显著。     

大跨度铝合金储煤仓结构温度场及温度效应研究

铝合金材质由于密度小,耐腐蚀,易于维护而常常被应用于各类建筑中。由于铝合金空间网壳结构不同于其他结构,具有较为新颖的上覆铝制蒙皮的屋面构造方式,使得此种结构的温度场不同于钢结构的温度场。铝制蒙皮上无保温层,在太阳辐射的作用下,贴近屋面板附近的铝合金结构温度将远高于环境温度,加之铝合金温度膨胀系数较高,因此非均匀温度作用成为太阳辐射下的铝合金空间网壳结构的控制荷载。而传统的设计方法只考虑均匀温度作用下结构的变形和应力。基于曹妃甸铝合金储煤仓结构实际工程,采用计算流体动力学方法,研究得出:在太阳辐射作用下铝合金空间网壳结构的非均匀温度变形和应力远高于传统均匀温度作用下的温度变形和应力。因此在设计不作保温层处理的情况下,应考虑太阳辐射作用下非均匀温度作用。     

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。     

火灾均匀温度场中正放四角锥网架结构临界温度研究

随着温度的升高,钢材的力学性能将会发生较大的变化。钢结构在均匀温度场达到承载能力极限状态时的临界温度是钢结构抗火性能的重要特征,而网架结构的临界温度主要受网架的几何特征、荷载比、构件稳定应力的影响。本文通过对不同参数条件下正放四角锥网架结构在均匀温度场中结构反应全过程分析,得到不同参数条件下正放四角锥网架结构的临界温度,为大空间建筑网架结构抗火设计实用方法提供理论依据。     

深海管道非均匀温度效应研究

利用FLUENT软件对管道在稳态流动时的非均匀温度场进行了数值模拟,得到了管内原油层流和紊流流动两种流态不同入口流速的管道沿程温度曲线。并通过ABAQUS软件对建立的管道有限元模型施加层流和紊流两种流态的非均匀温度荷载,考虑材料非线性,通过模态分析引入初始缺陷,针对不同非均匀温度作用和管土相互作用,进行管道非均匀温度效应参数化分析,研究非均匀温度场作用下管道屈曲性能、侧向位移以及温度应力的变化规律。     

大断面板桁栓焊构造的焊接温度场试验研究

栓焊钢桥面板是钢桁梁桥的主要传力构件,该构造的钢板与相邻构造采用焊接,其横梁和纵肋与相邻构造常采用栓接连接。栓接本质上是一种物理连接,该方法通过螺栓的轴力在各个连接件之间的摩擦面上产生静摩擦力来实现力的传递。焊接是一种在高温和复杂的介质环境下进行的物理化学过程,将在局部产生不均匀加热和冷却效应。前者致使在焊缝及其附近区域存在残余应力应变场,进而导致在与之相连的构件中产生次内力,后者主要体现在不均匀的变化的温度场对构件材料性能的影响。文章将通过栓焊钢桥现场试验实测该随时间变化的不均匀温度场分布情况,结合热弹塑性有限元仿真计算,阐述测点位置温度变化规律,判明在此温度场下结构钢材及结构性能的变化。     

钢结构常用涂料太阳辐射吸收系数试验研究

大跨度钢结构受太阳辐射作用,温度场具有非均匀性和时变性,结构的温度效应异常复杂。工程中低估温度效应会影响结构安全从而导致焊缝开裂、结构坍塌等工程事故。钢结构常用涂料的太阳辐射吸收系数是进行太阳辐射作用下钢结构温度效应分析的关键因素。在总结文献的基础上,提出了基于光谱法的采用分光光度计测定涂料太阳辐射吸收系数的方法。通过测定及分析17组样品的太阳辐射吸收系数,确认面漆的颜色是影响太阳辐射吸收系数的主要参数。基于试验测定的太阳辐射吸收系数,通过对山东茌平体育馆屋盖的简化算例分析,分别研究了6种常用面漆涂装的大跨度空间结构的温度场及其温度响应。结果表明,钢构件表面所采用的面漆颜色对太阳辐射下的结构温度场和温度效应具有较大的影响。     

Research on temperature field and temperature effect of steel silos under solar radiation

综合使用光线追踪法和点盒位置判断理论，提出了一种高效的钢板筒仓太阳辐射阴影区计算方法，并通过试验验证了该方法的计算精度。分析了钢板筒仓加盖和不加盖、满仓和空仓时太阳辐射非均匀温度场的时空分布规律，其中不加盖空仓时的太阳辐射非均匀温度场对结构最为不利。不加盖空仓时钢板筒仓结构正温差温度效应最大，与不考虑太阳辐射均匀温度作用工况相比，最大温度变形、最大温度应力、支座最大径向反力分别增加了135%、85%、85%，支座环向反力从0kN增加到132 kN，建议在工程设计中合理考虑太阳辐射非均匀温度效应。     

山西三馆日照非均匀温度作用分析

研究分析了山西三馆(由自行车馆、体育馆、游泳馆及连接平台组成)在露天施工下的日照非均匀温度作用.依据结构实际几何尺寸、截面参数、材料热物理性能参数等,分析计算一天各时刻结构上的太阳辐射、空气对流换热等作用,提出了结构日照温度场有限元建模与分析方法,合理假定结构初始温度为早晨5∶30时的大气温度,进行连续24h的有限元时程分析,获得了一天各时刻结构的日照非均匀温度作用大小及分布.结果表明,在最热月7月晴天无云的最不利工况下,结构局部最高温度达到了50℃,最大分布温差达17℃.最终提出了结构合拢施工温度取值的合理建议,为工程施工方案和误差控制提供了温度荷载参考信息.     

银川火车站跨线钢结构天桥温度效应分析

均匀的温度场变化会对超静定结构产生不利影响,被约束结构在温度作用下会发生变形并产生内力。本文研究银川火车站跨线钢结构天桥网架在外界温度应力场作用下产生的内力和变形对网架的影响,利用Midas Civil有限元软件对该网架进行静力和温度应力计算,通过结果分析,总结温度应力场对网架结构的影响。     

茌平体育馆弦支穹顶叠合拱结构的温度场研究

太阳辐射作用下,茌平体育馆弦支穹顶叠合拱结构的温度场分布极为复杂和不均匀.为精确确定其温度场分布,为结构分析提供数据支持,本文基于APDL语言对ANSYS软件进行了二次开发,采用ASHRAE晴空模型编制了温度场数值模拟程序,对夏季太阳辐射、对流换热和热传导等作用下茌平体育馆弦支穹顶叠合拱结构的温度场进行了数值模拟,得到了整个结构的温度场分布规律,并由数值模拟结果分析得到室外钢拱构件的平均温度要比空气温度高很多、构件沿截面的温度梯度很高等重要结论,为随后的结构设计和分析提供了有力支持.     

超长框架结构温度作用研究

针对超长混凝土结构的特点,给出结构温度效应计算时最大正、负温差取值方法建议,分别对施工阶段与正常使用阶段进行验算。建立了多层框架结构温度计算简化模型,研究温度内力沿结构竖向的变化规律。将桩基础作为具有水平刚度与转动刚度的弹簧,考虑基础刚度对结构底层抗侧刚度的影响。结合多层超长框架结构算例,分析了基础刚度与设防烈度对结构变形、楼板应力、框架梁和框架柱内力的影响。计算结果表明：在温度作用下,结构中部楼板应力分布较为均匀,端部楼板应力变化较大,楼板最大应力发生在框架柱周边;框架梁轴力分布中间大、两端小,框架柱内力由外向内逐渐减小;对于多层超长框架结构,首层结构由温度作用引起的变形与内力最大,2层及以上各层结构的温度效应迅速减小;柱底嵌固条件对温度效应影响显著,随着基础刚度增大,对框架柱的约束程度逐渐提高,温度作用产生的内力增大,层间位移角减小;随着抗震设防烈度提高,竖向构件截面尺寸与结构侧向刚度随之增大,温度效应逐渐增强。     

117大厦混凝土底板温度场与应力场数值模拟

根据天津117大厦塔楼D区底板C50大体积混凝土试验方案,基于混凝土水化热放热模型与计算理论,应用有限元分析软件ANSYS,对浇筑混凝土的温度场与应力场进行了数值模拟分析。分析出水化热的温度场和应力场的空间分布。计算表明:混凝土中心温度变化较大,温度应力最大值出现在大体积混凝土底部和四周与土壤交接部位,但远小于混凝土的抗拉强度设计值,不会导致温度裂缝。     

某支架结构温度作用研究

根据空冷凝汽器支架结构温度荷载的特点,设计了三种温度计算工况,采用SAP2000程序计算了空冷支架结构温度效应,给出了结构构件内力变化范围及规律。为了协调温度与地震作用的矛盾,提出了三种设计对策,从而减少结构及其上部设备的破坏。     

高温差地区预应力混凝土箱形梁日照温度应力分析

阐述了预应力混凝土箱形桥梁温度应力产生的原因,依据箱型桥梁的温度边界特点,给出了高温差地区箱形桥梁日照温差分布形式,并将箱身温度应力按沿板厚非线性温差自约束应力和箱身横向约束应力来考虑。通过对奎北铁路线桥梁的计算表明：在高温差地区,温差变化作用下混凝土箱形桥梁桥身外表面将产生较大的横向温度应力,会导致桥身混凝土出现纵向裂缝,应通过施加横向干预,提高梁体的抗裂性能。