[发明专利]一种竖向温度梯度模式预测方法、装置及存储介质

说明书

本发明涉及一种竖向温度梯度模式预测方法、装置及存储介质，方法包括：基于钢箱梁所在地区的气象数据，建立日照作用下钢箱梁的温度场模型；根据实测温度数据对温度场模型进行修正得到温度场精细化模型；确定钢箱梁所在地区桥梁设计基准期内的极端气象数据代表值；根据极端气象数据代表值和温度场精细化模型得到极端气象条件下钢箱梁的温度分布，进而拟合出竖向温度梯度模式。基于极端气象数据和经实测温度数据修正后的温度场精细化模型得到的极端气象条件下钢箱梁竖向温度梯度模式，具有较高的分析精度，可为钢箱梁温度效应的精确计算分析提供依据，也可为桥梁设计提供指导。

技术领域

本发明涉及桥梁工程中钢箱梁温度场分析领域，特别是涉及一种竖向温度梯度模式预测方法、装置及存储介质。

背景技术

桥梁是长期暴露在自然环境中的结构物，日照作用(太阳辐射、对流换热和辐射热交换)下桥梁结构在竖向必将产生不均匀的温度分布，即竖向温度梯度。对于钢箱梁，由于钢材温度膨胀系数大，对温变更敏感，所以竖向温度梯度对钢箱梁的影响更为显著。桥梁结构内、外部约束的存在使得结构构件不能随温度变化自由地膨胀或收缩，进而产生较大的应力和变形，这种效应甚至与其他恒、活载效应相当。因此，钢箱梁的温度效应分析已成为重要研究内容，而合理的温度场取值是其基础。

目前，获得钢箱梁温度场的主要方法包括现场实测和数值模拟。虽然现场实测得到的温度场数据相对准确，但也存在一些缺点，比如：传感器寿命和测点数量都是有限的，大量的人力物力投入也是不经济的。此外，结构的全寿命周期的温度效应评估往往需要几十年，时间上现场实测显然无法满足要求。因此，数值模拟成为了分析桥梁结构温度场的重要手段。然而，现有的数值模拟方法还存在一定的滞后性，主要表现为将热边界条件等效为物理公式作用于数值模型上，并未考虑风速、辐射的多次反射、空气湿度等因素的影响，这本质上是一种比较粗糙的处理方法，将导致温度场取值出现一定的误差。

同时，日照作用下，竖向温度梯度作用于桥梁结构产生的效应最大，所以国内外设计规范中均通过给出竖向温度梯度模式来指导桥梁设计。然而我国跨越了多个气候区，且各区气候差异较大，钢箱梁的结构形式多样，影响温度分布的因素众多，所以在实测温度数据的基础上采用统计学方法拟合得到的竖向温度梯度模式仅适用于桥址附近的同类钢箱梁。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种竖向温度梯度模式预测方法、装置及存储介质，能够充分地考虑桥梁桥址处气象条件及地理位置等因素的影响，可为钢箱梁温度效应的精确计算分析提供依据，预测的竖向温度梯度模式也可用来指导桥梁设计。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种竖向温度梯度模式预测方法包括：

步骤S1、基于钢箱梁所在地区的气象数据，建立日照作用下所述钢箱梁的温度场模型；

步骤S2、根据实测温度数据对所述温度场模型进行修正得到温度场精细化模型；

步骤S3、确定所述钢箱梁所在地区桥梁设计基准期内的极端气象数据代表值；

步骤S4、根据所述极端气象数据代表值和所述温度场精细化模型得到极端气象条件下所述钢箱梁的温度分布，根据所述钢箱梁的温度分布拟合出竖向温度梯度模式。

本发明的有益效果是：基于当地气象数据建立的日照作用下钢箱梁温度场模型可以有效地克服传统模拟方法热边界条件不准确方面的不足；以实测温度数据为基础，对所建立的钢箱梁温度场模型进行修正，得到修正后的钢箱梁温度场模型准确可靠，具有较高的分析精度；通过获取极端气象数据，进而基于极端气象数据和修正后的钢箱梁温度场模型得到极端气象条件下钢箱梁的竖向温度梯度模式，因此该预测方法具有思路清晰、简单易行、高效合理的特点。同时，该方法可用于预测不同地区、其他类型桥梁结构的竖向温度梯度模式，其结果可为完善我国相关设计规范提供依据，也可为桥梁设计提供指导，同时科研人员也可采用此方法开展与桥梁结构温度场和温度效应相关的研究，因此具有广阔的应用前景。