A study on thermal behaviour of curved steel box girder bridges considering solar radiation

• Autorzy: Kim S. H. , Cho K. I. , Won J. H.

Warianty tytułu

PL

Badania zachowania termicznego stalowych zakrzywionych mostów skrzynkowych poddanych promieniowaniu słonecznemu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Solar radiation induces non-uniform temperature distribution in the bridge structure depending on the shape of the structure and shadows cast on it. Especially in the case of curved steel box girder bridges, nonuniform temperature distribution caused by solar radiation may lead to unusual load effects enough to damage the support or even topple the whole curved bridge structure if not designed properly. At present, it is very difficult to design bridges in relation to solar radiation because it is not known exactly how varying temperature distribution affects bridges; at least not specific enough for adoption in design. Standard regulations related to this matter are likewise not complete. In this study, the thermal behavior of curved steel box girder bridges is analyzed while taking the solar radiation effect into consideration. For the analysis, a method of predicting the 3-dimensional temperature distribution of curved bridges is used. It uses a theoretical solar radiation energy equation together with a commercial FEM program. The behavior of the curved steel box girder bridges is examined using the developed method, while taking into consideration the diverse range of bridge azimuth angles and radii. This study also provides reference data for the thermal design of curved steel box girder bridges under solar radiation, which can be used to develop design guidelines.

PL

Promieniowanie słoneczne powoduje niejednorodny rozkład temperatury w konstrukcji mostu i zależny od jego kształtu oraz padających cieni. Szczególnie w przypadku mostów zakrzywionych ze stalowych dźwigarów skrzynkowych niejednorodny rozkład temperatur wywołany promieniowaniem słonecznym może prowadzić do powstania wyjątkowych sił wystarczających do zniszczenia podpór lub nawet zniszczenia mostu, o ile jego konstrukcja nośna nie została odpowiednio zaprojektowana. Obecnie projektowanie mostów z uwzględnieniem promieniowania słonecznego jest bardzo trudne, ponieważ wpływ zmiennego rozkładu temperatury na konstrukcję mostu nie jest dokładnie znany, jak również nie jest określony sposób uwzględnienia tych wpływów w projektowaniu. Nie istnieją również żadne normy dotyczące tego zagadnienia. W pracy przedstawiono analizę zachowania mostu uwzględniającą działanie promieniowania słonecznego. Do analizy użyto metodę przewidywania trójwymiarowego rozkłady temperatury w mostach zakrzywionych w planie. W metodzie tej wykorzystane zostało teoretyczne równanie promieniowania słonecznego oraz program do analizy metodą elementów skończonych. Przeprowadzono badania zachowania mostu przy uwzględnieniu różnych zakresów kąta azymutu oraz promieni zakrzywienia mostu. Praca stanowi źródło - możliwych do wykorzystania w projektowaniu - informacji dotyczących zagadnień termicznych w mostach zakrzywionych o przęsłach ze stalowych dźwigarów skrzynkowych pod wpływem promieniowania słonecznego.

Słowa kluczowe

EN

solar radiation; curved bridge; non-uniform temperature distribution; heat transfer; thermal behaviour

PL

promieniowanie słoneczne; most zakrzywiony; nierównomierny rozkład temperatury; przepływ ciepła

• Wydawca: Springer ; Wrocław University of Science and Technology
• Czasopismo: Archives of Civil and Mechanical Engineering
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 9, no 3
• Strony: 59--76
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kim S. H.

autor

Cho K. I.

autor

Won J. H.

• Yonsei University, 262 Seonsagnno, Seodaemun-gu, Seoul 120-749, Korea

Bibliografia

• [1] Siringoringo D.M., Fujino Y.: Dynamic characteristics of a curved cable-stayed bridge identified from strong motion records, Engineering Structures, Vol. 29, No. 8, 2007, pp. 2001–2017.
• [2] Kim K., Yoo C.H.: Effects of external bracing on horizontally curved box girder bridges during construction, Engineering Structures, Vol. 28, No. 12, 2006, pp. 1650–1657.
• [3] Kim S.-H., Lee Y.-S., Cho K.-Y.: Analysis of horizontal reactions due to moving vehicle loads in curved bridges with varied support conditions, Advances in Structural Engineering, Vol. 8, No. 5, 2005, pp. 529–545.
• [4] Park N.-H., Choi Y.-J., Kang Y.-J.: Spacing of intermediate diaphragms in horizontally curved steel box girder bridges, Finite Elements in Analysis and Design, Vol. 41, No. 9–10, 2005, pp. 925–943.
• [5] Koo M.-H., Lim H.-K., Kim D.-H.: A Study on the determination of diaphragm spacing of curved steel box girders, International Journal of Steel Structures, Vol. 4, No. 3, 2004, pp. 157–166.
• [6] Maneetes H., Linzell D.G.: Cross-frame and lateral bracing influence on curved steel bridge free vibration response, Journal of constructional steel research, Vol. 59, No. 9, 2003, pp. 1101–1117.
• [7] Korea Meteorological Administration: http://www.kma.go.kr/intro.html
• [8] Duffie J.A., Beckman W.A.: Solar engineering of thermal process, 2nd Ed., John Wiley & Sons, INC., 1991.
• [9] Copper P.I.: The absorption of solar radiation in solar stills, Solar Energy, Vol. 12, No. 3, 1969, pp. 333–346.
• [10] Orgill J.F., Holland K.G.T.: Correlation equation for hourly diffuse radiation on a horizontal surface, Solar Energy, Vol. 19, No. 4, 1977, pp. 357–359.
• [11] Dilger W.H., Beauchamp J.C., Cheung, M.S., Hali A.: Field measurements of Moskva river bridge, Journal of the Structural Division, Vol. 107, No. ST11, 1981, pp. 2147–2161.
• [12] Siegel R., Howell J.R.: Thermal radiation heat transfer, 2nd ed. McGraw-Hill, 1981.
• [13] Cho K.-I., Won J.-H., Kim S.-H., Lu Y.-C.: A temperature predicting method for thermal behaviour analysis of curved steel box girder bridges, Journal of the Korean Society for Civil Engineers, Vol. 28, No. 14, 2008, pp. 105–113 (in Korean).