圆钢管结构日照非均匀温度效应分析与试验研究

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网架结构具有跨度大、杆件众多、高次超静定的特点,在日照非均匀温度场作用下,将产生不均匀的热变形,造成局部应力偏大,给结构安全带来极大的隐患。因此本文将采用试验与数值模拟相结合的方法,对网架结构及其构件的日照温度场进行研究,为准确计算网架结构日照温度效应,验证各种非均匀温度场模拟方法提供试验依据。主要研究工作包括以下方面:首先,对圆钢管构件日照温度场试验进行了详细设计,完成了试验硬件选型以及测点优化布置;对试验结果进行了详细分析,并对构件沿长度及厚度方向温度场分布规律、不同辐射强度、不同风速、不同尺寸大小以及涂层对构件温度场的影响规律进行系统研究,得到了圆钢管日照温度场及其温度效应的分布规律;并采用温度场数值模拟方法对温度场试验进行了模拟分析,并将结果与实测结果进行对比,验证了构件温度场数值模拟方法的准确性。其次,选取圆钢管构件截面尺寸大小、空间方位、太阳辐射强度、风速、环境温度、地面反射率及太阳辐射吸收率7个日照温度场影响参数作为研究对象,分析了不同参数对圆钢管日照非均匀温度场的影响规律;对各参数进行敏感性分析,得到了影响圆钢管构件温度场的主要控制参数,并建立了适用于工程设计的构件日照温度场简化计算公式,为工程上快速确定钢管构件温度场状态提供了方法依据。最后,详细设计并完成了整体网架结构日照温度场试验,对其测点布置进行优化设计,对其试验结果进行了详细分析,得到了网架结构空间温度场分布规律、杆件摆放角度对其温度场分布影响规律以及日照温度效应大小,并建立了网架结构精细化有限元模型,采用考虑阴影遮挡的温度场数值模拟方法对试验进行模拟分析,并通过模拟结果与试验结果的对比验证了整体网架结构温度场数值模拟方法的准确性。
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