悬索桥主缆热物性参数试验研究.pdf

第41卷第4期
四川建筑科学研究
2015年8月
ichuan Building Science
悬索桥主缆热物性参数试验硏究
张伟2,张亮亮’,钟宁2
(1.重庆大学土木工程学院,重庆400045;
2.重庆高速公路集团,重庆401121)
摘要:推导了主缆结构在芯部加热作用下温度场的瞬态解析解,采用试验测试到了主缆结构的表观热扩散系数
与表观导热系数析。在采用测试参数的基础上,为了得到特定环境条件下的数值解,建立主缆温度场的计算方法
及主缆热平衡矩阵方程。通过对某桥梁主缆温度场的有限元计算及与实桥主缆温度场实测结果的对比,证明了计
算方法与试验结果的精确和可靠,可用于悬索桥主缆设计、施工和运营阶段的温度场计算。
关键词:主缆;热扩散系数;导热系数;太阳辐射;非稳态;热传导
中图分类号;TU997
文献标志码:A
文章编号:1008-1933(2015)04-079-04
Test research on main cable thermal parameters of suspension bridge
ZHANG Wei", ZHANG Liangliang, ZHONG Ning
(1. School of Civil Engineering, Chongging University, Chonging 400045, China;
2. Chongqing Expressway Group Co, Ltd, Chongqing 401121, China)
Abstract: This derivation of the main structure of the core heating cable under the action of the transient temperature field analyticall
solution, the test has been the main cable structure apparent thermal diffusivity and thermal conductivity. In using the test parameters
based on the specific enironmental oni o n er ain e numerical solution, the establishment of the main cable temperature
ield calculation method and te main cable hemal equilibrium mar equation. Te mason of the fiie element calculation result
with the actually measured result of the temperature field of the main cable shows this calculation method is precise and reliable and it
is available for calculating the temperature field of the main cable of the suspension bridge in the courses of design, construction and
rvce
Key words: main cable; thermal diffusivit thermal conductivity; solar radiation; non-steady state; heat conduction
0前言
导热微分方程式定解条件的获得需要附加定解
条件,导热问题的边界条件可以归纳为三类边界条
悬索桥在外界环境变化时,主缆温度场分布十件,本文采用规定了边界上物体与周围流体间的表
分复杂,而主缆温度的改变会引发悬索桥几何形状面传热系数及周围流体的温度( Robin条件)。此类
的变化,如索塔塔顶偏位、主缆的垂度等。把握主缆边界条件由于规定了边界上物体与周围流体间的表
温度分布规律,有利于精确指导索股的架设,对结构面传热系数及周围流体的温度,可作为主缆不受太
施工和运营安全均具有重大意义。
阳辐射时的边界条件。若要用于太阳辐射时,则需
根据主缆的受热特性,可将主缆温度场的变化考虑辐射作用的表面传热系数。
视为热传导问题,按照傅里叶定律,柱坐标下的主缆
非稳态热传导微分方程为:
系数測试原理
分析主缆温度场及效应,需要准确测试主缆结
构的热物性参数。假定主缆材料为匀质各向同性材
(1)料,截面半径为o。将加热管置于均匀初温为T的
式中t为温度;r为时间;A为导热系数;P为材料主缆圆心处,半径为r.,通电加热,其热流(电功率)
密度;c为材料比热容。
g=PR(I为电流,R为电阻)。考虑到主缆沿轴向很
长,该情况可以看成沿半径方向的一维瞬态轴对称
收稿日期:2014-08-04
作者简介:张伟(1978-),男,山东枣庄人,博士生,高级工程师
问题,假设热扩散系数a为常数,主缆的导热系数为
研究方向;桥梁施工管理
A,环境空气温度为7。令日=7(r,)-T。,该定
E-mail:195092356@gq.com
解问题的数学表达式为