混凝土箱梁温度场有限元参数分析

混凝土箱梁温度场有限元参数分析摘要：本文着重对混凝土结构的温度力耦合计算中的温度参数选取分析，对有限元的计算进行简单介绍，最后结果符合实际的温度分布。

关键词：有限元温度分布辐射

中图分类号：u4 文献标识码：a 文章编号：1007-0745（2013）05-0276-01

1.引言

桥梁置于自然环境之中，会受到太阳辐射、夜间降温、季节气温变化、寒流、风、雨、雪等多种外界因素的影响[1]，结构表面各点温度都会随着时间发生变化，它与结构所在的地理位置，地形条件，朝向方位以及季节有关。

2.工程概况

某大桥为两市之间的重要通道，上部构造为31×20米现浇单室普通混凝土连续箱梁，桥面横坡由混凝土铺装层调整，平面曲线由半径1000米圆曲线、缓和曲线和直线构成。第一联圆曲线为11×20米，其余两联均为10×20米。

2.1有限元温度场参数介绍

桥梁在太阳总辐射热，与附近空气热对流还有热传导等作用下，结构表面和内部的温度时刻变化，实际中热的交换形式主要有太阳辐射、空气的热对流和内部热的传导，如图1：

太阳直接辐射，称作太阳常数，取平均值1353，其中h为太阳

高度角按照来计算。当地的地理纬度；称作大气晴空系数；太阳赤纬角，取正午十二点为零度，上午为负，下午为正即变化范围为[-90，90]；太阳时角，与时刻相关。

斜面上投射到倾斜面上的直接辐射强度，按照太阳光与斜面法线的交角的计算，如图2所示。其中为斜面与水平面之间的夹角[0，180]，为斜面外法线的方位角，为太阳方位角。方位角从南方出发，向西为正，向东为负。斜面上接受的太阳直射辐射强度。

阴影处无法收到太阳直接辐射，需扣除边界条件中的阴影部分的太阳直接辐射，阴影的长度（见图3）。

大阳散射强度，大阳反射强度，为底面的反射系数。

对于箱梁表面的热交换参数，将热对流系数和辐射热对流系数综合为总的热对流系数确定，，热对流系数和主要由风速v决定，取。

2.2 参数计算

顶板辐射强度；翼缘下缘与底板外表面辐射强度；腹板外表面辐射强度。通过将表1中的数值经行计算，得到不同时刻的辐射强度变化值，如图4。

2.3 有限元中边界条件的实现

温度场分析在ansys中属于瞬态分析，对于初始条件的定义实验证明，日出前结构温度与外界气温接近，故我们采用直接设置初始温度方式。

热对流荷载在ansys中只需将相应对流换热系数赋给边界上的

节点即可，而太阳辐射强度中使用热流密度来施加，需要注意的是ansys中同一边界上不能同时施加对流面荷载和热流密度。这里我们采用表面效应单元，通过表面效应单元施加热流密度，达到模拟实际的效果。

2.4计算结果

ansys计算时采用了热分析实体单元solid70和表面效应单元surf152进行温度场分析。共划分单元155584个，其中89760个为实体单元，其余均为表面效应单元，节点共132916。

3 结论

通过对温度场的模拟，得出最大正温差出现在中午1点，最大负温差出现在晚上24点，其分布与公路桥涵设计规范[2]中规定相似呈梯度分布。温度场的模拟最主要是对不同位置太阳辐射强度的计算，计算各个表面不同时刻的太阳辐射强度即可保证得出精确的结果。

参考文献：

[1]杨世铭，陶文铨.传热学（第三版） [m].北京：高等教育出版社， 1998.

[2]jtg d62-2004. 公路钢筋混凝土以及预应力混凝土桥涵设计规范

[3]何柏雷.“太阳把桥晒跑了？”——深圳市某立交a匝道桥事故分析[j].城市道桥与防洪，2002（2）：65-72