[發明專利]一種豎向溫度梯度模式預測方法、裝置及存儲介質

有效

• 申請號: 202011172378.1
• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112287581B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發明（設計）人: 郝靜;盧海林;岳加利;李培軒;余勇;孫舒暢
• 申請（專利權）人: 武漢工程大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/08
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 陳熙

本發明涉及一種豎向溫度梯度模式預測方法、裝置及存儲介質，方法包括：基于鋼箱梁所在地區的氣象數據，建立日照作用下鋼箱梁的溫度場模型；根據實測溫度數據對溫度場模型進行修正得到溫度場精細化模型；確定鋼箱梁所在地區橋梁設計基準期內的極端氣象數據代表值；根據極端氣象數據代表值和溫度場精細化模型得到極端氣象條件下鋼箱梁的溫度分布，進而擬合出豎向溫度梯度模式?；跇O端氣象數據和經實測溫度數據修正后的溫度場精細化模型得到的極端氣象條件下鋼箱梁豎向溫度梯度模式，具有較高的分析精度，可為鋼箱梁溫度效應的精確計算分析提供依據，也可為橋梁設計提供指導。

技術領域

本發明涉及橋梁工程中鋼箱梁溫度場分析領域，特別是涉及一種豎向溫度梯度模式預測方法、裝置及存儲介質。

背景技術

橋梁是長期暴露在自然環境中的結構物，日照作用(太陽輻射、對流換熱和輻射熱交換)下橋梁結構在豎向必將產生不均勻的溫度分布，即豎向溫度梯度。對于鋼箱梁，由于鋼材溫度膨脹系數大，對溫變更敏感，所以豎向溫度梯度對鋼箱梁的影響更為顯著。橋梁結構內、外部約束的存在使得結構構件不能隨溫度變化自由地膨脹或收縮，進而產生較大的應力和變形，這種效應甚至與其他恒、活載效應相當。因此，鋼箱梁的溫度效應分析已成為重要研究內容，而合理的溫度場取值是其基礎。

目前，獲得鋼箱梁溫度場的主要方法包括現場實測和數值模擬。雖然現場實測得到的溫度場數據相對準確，但也存在一些缺點，比如：傳感器壽命和測點數量都是有限的，大量的人力物力投入也是不經濟的。此外，結構的全壽命周期的溫度效應評估往往需要幾十年，時間上現場實測顯然無法滿足要求。因此，數值模擬成為了分析橋梁結構溫度場的重要手段。然而，現有的數值模擬方法還存在一定的滯后性，主要表現為將熱邊界條件等效為物理公式作用于數值模型上，并未考慮風速、輻射的多次反射、空氣濕度等因素的影響，這本質上是一種比較粗糙的處理方法，將導致溫度場取值出現一定的誤差。

同時，日照作用下，豎向溫度梯度作用于橋梁結構產生的效應最大，所以國內外設計規范中均通過給出豎向溫度梯度模式來指導橋梁設計。然而我國跨越了多個氣候區，且各區氣候差異較大，鋼箱梁的結構形式多樣，影響溫度分布的因素眾多，所以在實測溫度數據的基礎上采用統計學方法擬合得到的豎向溫度梯度模式僅適用于橋址附近的同類鋼箱梁。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種豎向溫度梯度模式預測方法、裝置及存儲介質，能夠充分地考慮橋梁橋址處氣象條件及地理位置等因素的影響，可為鋼箱梁溫度效應的精確計算分析提供依據，預測的豎向溫度梯度模式也可用來指導橋梁設計。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：一種豎向溫度梯度模式預測方法包括：

步驟S1、基于鋼箱梁所在地區的氣象數據，建立日照作用下所述鋼箱梁的溫度場模型；

步驟S2、根據實測溫度數據對所述溫度場模型進行修正得到溫度場精細化模型；

步驟S3、確定所述鋼箱梁所在地區橋梁設計基準期內的極端氣象數據代表值；

步驟S4、根據所述極端氣象數據代表值和所述溫度場精細化模型得到極端氣象條件下所述鋼箱梁的溫度分布，根據所述鋼箱梁的溫度分布擬合出豎向溫度梯度模式。

本發明的有益效果是：基于當地氣象數據建立的日照作用下鋼箱梁溫度場模型可以有效地克服傳統模擬方法熱邊界條件不準確方面的不足；以實測溫度數據為基礎，對所建立的鋼箱梁溫度場模型進行修正，得到修正后的鋼箱梁溫度場模型準確可靠，具有較高的分析精度；通過獲取極端氣象數據，進而基于極端氣象數據和修正后的鋼箱梁溫度場模型得到極端氣象條件下鋼箱梁的豎向溫度梯度模式，因此該預測方法具有思路清晰、簡單易行、高效合理的特點。同時，該方法可用于預測不同地區、其他類型橋梁結構的豎向溫度梯度模式，其結果可為完善我國相關設計規范提供依據，也可為橋梁設計提供指導，同時科研人員也可采用此方法開展與橋梁結構溫度場和溫度效應相關的研究，因此具有廣闊的應用前景。