西部横断山区强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究

黄旭; 朱金; 李永乐; 张明金

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.202111071

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

西部横断山区强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究

极端（恶劣）环境下工程结构破坏与耐久性分析 | 更新时间：2025-09-25

- 西部横断山区强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究
- Study on Thermal⁃induced Effect and Anti⁃Crack Performance Optimization of Bridge Pylon under Strong Cooling Weather Conditions in Hengduan Mountain Region of Western China
- 防灾减灾工程学报 2022年42卷第2期页码：310-319
- 作者机构：
  
  西南交通大学桥梁工程系，四川成都 610031
- 作者简介：
  
  黄旭（1995—），男，博士研究生。主要从事桥梁结构温度效应研究。E⁃mail：2506500919@qq.com
  朱金（1988—），男，助理研究员，博士(后)。主要从事风⁃车⁃桥耦合振动，桥梁温度效应。
- 基金信息：
  
  中央高校基本科研业务费(2682021CX012);国家自然科学基金青年基金(51908472)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.202111071
  中图分类号： U443.22
- 纸质出版：2022-04-28
- 稿件说明：
移动端阅览
黄旭,朱金,李永乐等.西部横断山区强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(02):310-319.

HUANG Xu,ZHU Jin,LI Yongle,et al.Study on Thermal⁃induced Effect and Anti⁃Crack Performance Optimization of Bridge Pylon under Strong Cooling Weather Conditions in Hengduan Mountain Region of Western China[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(02):310-319.
黄旭,朱金,李永乐等.西部横断山区强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究[J].防灾减灾工程学报,2022,42(02):310-319. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.202111071.

HUANG Xu,ZHU Jin,LI Yongle,et al.Study on Thermal⁃induced Effect and Anti⁃Crack Performance Optimization of Bridge Pylon under Strong Cooling Weather Conditions in Hengduan Mountain Region of Western China[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2022,42(02):310-319. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.202111071.

摘要

在强降温极端气候条件下，桥塔混凝土表面存在开裂风险。为此，以我国西部横断山脉地区某大跨悬索桥为工程背景，开展了强降温气候条件下桥塔温度效应及抗裂性能优化研究。首先，提出了桥址区极端天气的识别与模拟方法，并验证了所提模拟方法的有效性。随后，建立桥塔节段的3D有限元模型，分析了强降温极端天气下混凝土桥塔的温度场以及温度应力分布特征。最后，针对强降温极端天气下混凝土桥塔外表面存在开裂风险的问题，提出了两种桥塔混凝土表面抗裂优化方法，并通过参数分析给出了本例桥塔的最优参数。研究结果表明：在强降温天气下，当不考虑任何抗裂优化措施前，桥塔表面拉应力极值为2.06 MPa，存在较大开裂风险；当采用抗裂优化措施后，提出的两种措施均能有效降低混凝土桥塔表面的拉应力极值。通过参数分析发现，采用有机涂料涂装桥塔表面的优化方法时，白色有机涂料的优化效果最佳；当采用桥塔表面覆盖UHPC的优化方法时，其厚度为0.04 m时优化效果最佳。

Abstract

The concrete bridge pylon may be at risk of surface cracking under strong cooling weather conditions. In view of this， a study on thermal-induced effect and anti-crack performance optimization of bridge pylon under strong cooling weather conditions is carried out， taking a long-span suspension bridge in the Hengduan Mountain Region of Western China as an engineering background. Firstly， an approach is proposed to identify and simulate the strong cooling weather scenario at the location of the prototype bridge through analyzing the in-situ historical meteorological data. Secondly， a 3D finite element （FE） model of the bridge pylon segment is developed. The established FE model enables the investigation into the characteristics of the temperature field and the temperature induced stress of the bridge pylon under various strong cooling weather scenarios. Lastly， two anti-crack measures are proposed to mitigate the risk of surface cracking of the bridge pylon under strong cooling weather conditions. Parametric studies are also conducted to seek the optimum parameters of the two proposed anti-crack measures for the prototype bridge pylon. The simulation results show that the surface of the concrete bridge pylon without any anti-crack measures undertakes tensile stress up to 2.06 MPa， indicating there may exist a risk of surface cracking. After employing the two proposed anti-crack measures， the tensile stress at the surface of the bridge pylon reduces significantly. In addition， according to the parametric study on the two anti-crack measures， it is found that the white organic coating of the first anti-crack measure has the best performance， and the UHPC （Ultra-High-Performance Concrete） with a thickness of 0.04 m of the second anti-crack measure is the best.

关键词

Keywords

references

Elbadry M M ， Ghali A . Temperature variations in concrete bridges ［J］. Journal of Structural Engineering ， 1983 ， 109 （ 10 ）： 2355 ⁃ 2374 .

Moorty S ， Roeder C W . Temperature⁃denpendent bridge movements ［J］. Journal of Structural Engineering ， 1992 ， 118 （ 4 ）： 1090 ⁃ 1105 .

Branco F A ， Mendes P A . Thermal actions for concrete bridge design ［J］. Journal of Structural Engineering ， 1993 ， 119 （ 8 ）： 2313 ⁃ 2331 .

Chen B ， Chen Z W ， Sun Y Z ， et al . Condition assessment on thermal effects of a suspension bridge based on SHM oriented model and data ［J］. Mathematical Problems in Engineering ， 2013 ， 2013 ： 1 ⁃ 18 .

Xia Y ， Chen B ， Zhou X Q ， et al . Field monitoring and numerical analysis of Tsing Ma Suspension Bridge temperature behavior ［J］. Structural Control and Health Monitoring ， 2013 ， 20 （ 4 ）： 560 ⁃ 575 .

Yang D H ， Yi T H ， Li H N ， et al . Monitoring and analysis of thermal effect on tower displacement in cable⁃stayed bridge ［J］. Measurement ， 2018 ， 115 ： 249 ⁃ 257 .

Zhu J S ， Meng Q L . Effective and fine analysis for temperature effect of bridges in natural environments ［J］. Journal of Bridge Engineering ， 2017 ， 22 （ 6 ）： 04017017 .

Ling M Q ， Song Z J . Fine temperature effect analysis–based time⁃varying dynamic properties evaluation of long⁃span suspension bridges in natural environments ［J］. Journal of Bridge Engineering ， 2018 ， 23 （ 10 ）： 04018075 .

Li Y ， He S H ， Liu P . Effect of solar temperature field on a sea⁃crossing cable⁃stayed bridge tower ［J］. Advances in Structural Engineering ， 2019 ， 22 （ 8 ）： 1867 ⁃ 1877 .

Nandan H ， Singh M P . Effects of thermal environment on structural frequencies： Part I⁃A simulation study ［J］. Engineering Structures ， 2014 ， 81 （ 15 ）： 480 ⁃ 490 .

Oskar L ， Sven T . Estimating extreme values of thermal gradients in concrete structures ［J］. Materials and Structures ， 2011 ， 44 （ 8 ）： 1491 ⁃ 1500 .

段飞 . 大跨度钢桥日照温度场和温度效应研究［D］. 成都：西南交通大学， 2010 .

Duan F . Research on the sunshine temperatur field and temperature effectson long⁃span steel bridge ［D］. Chengdu ： Southwest Jiaotong University ， 2010 . （in Chinese）

Zhou L R ， Xia Y ， Brownjohn J M W ， et al . Temperature analysis of a long⁃span suspension bridge based on field monitoring and numerical simulation ［J］. Journal of Bridge Engineering ， 2016 ， 21 （ 1 ）： 04015027 .

Holman J P . Heat transfer ［M］. New York ： McGrawHill ， 2010 .

Kakaç S ， Yener Y ， Naveira⁃Cotta C P . Heat conduction ［M］. Boca Raton ： CRC Press ， 2018 .

赵人达，王永宝 . 日照作用下混凝土箱梁温度场边界条件研究［J］. 中国公路学报， 2016 ， 29 （ 7 ）： 52 ⁃ 61 .

Zhao R D ， Wang Y B . Studies on temperature field boundary conditions for concrete box⁃girder bridges under solar radiation ［J］. China Journal of Highway and Transport ， 2016 ， 29 （ 7 ）： 52 ⁃ 61 . （in Chinese）

高宇 . 港珠澳大桥青州航道桥扁平钢箱梁温度场分析［D］. 西安：长安大学， 2015 .

Gao Y . Qingzhou channel bridge of the Hong Kong， Zhuhai and Macao bridge flat steel box girder temperature field analysis ［D］. Xi'an ： Chang'an University ， 2015 . （in Chinese）

Huang X ， Zhu J ， Li Y L . Temperature analysis of steel box girder considering actual wind field ［J］. Engineering Structures ， 2021 ， 246 （ 2021 ）： 113020 .

陆亚群 . 混凝土温度作用中的气象因素分析［D］. 上海：同济大学， 2007 .

Lu Y Q . Research for meteorological phenomena on the thermal load of concrete ［D］. Shanghai ： Tongji University ， 2007 . （in Chinese）

铁路桥涵混凝土结构设计规范： TB 10092—2017 ［S］. 北京：中国铁道出版社， 2017 .

Code for design of concrete structures of railway bridge and culvert ： TB 10092—2017 ［S］. Beijing ： China Railway Publishing House ， 2017 . （in Chinese）

Xing Z ， Beaucour A L ， Hebert R ， et al . Aggregate's influence on thermophysical concrete properties at elevated temperature ［J］. Construction and Building Materials ， 2015 ， 95 ： 18 ⁃ 28 .

（本文责编：周小潭）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

暂无数据