钢-UHPC轻型组合梁桥面板的静力性能有限元分析

发布时间：2017-10-13 22:33

  本文关键词：钢-UHPC轻型组合梁桥面板的静力性能有限元分析

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【摘要】：传统钢-混凝土组合梁与混凝土主梁相比自重较轻,与钢主梁相比具有一定的经济优势,但其仍存在自重较大和混凝土桥面板极易开裂的问题。因此,笔者所在的团队提出,采用华夫型UHPC桥面板代替普通混凝土平板,并在其上铺筑磨耗层,形成钢-UHPC轻型组合梁。本文对钢-UHPC轻型组合梁的技术经济性能和汽车荷载作用效应进行了初步研究,并对钢-UHPC轻型组合梁运用于实桥的安全性进行了验证,通过数值分析方法完成了以下工作:(1)根据南益胜天大桥原钢-混凝土组合梁的设计,提出了钢-UHPC轻型组合梁方案,同时,提出了钢-UHPC轻型组合梁无横向表面受拉接缝方案及单向受弯钢-UHPC轻型组合梁接缝方案,以保证组合梁的整体性。将钢-UHPC轻型组合梁与传统钢-混凝土组合梁进行了技术性能对比分析,将其桥面结构与其他三种桥面结构进行了经济性能对比分析,分析结果表明:钢-UHPC轻型组合梁可明显降低组合梁自重,大幅扩展组合梁斜拉桥经济适用跨径范围,其桥面板抗开裂能力明显优于传统钢-混凝土组合梁;钢-UHPC轻型组合梁桥面结构全寿命造价仅略高于传统钢-混凝土组合梁桥面结构。(2)华夫型UHPC桥面板较薄,为了研究其汽车荷载作用效应,以胜天大桥为背景,分别采用应力叠加法、全桥精细有限元法和混合有限元法对其桥面板受力最不利位置的纵桥向拉、压应力进行了计算分析。计算结果表明:全桥精细有限元法与混合有限元法计算结果接近,应力叠加法计算结果偏于保守;UHPC桥面板在汽车荷载作用下的最大拉应力小于UHPC最大裂缝宽度为0.05mm时的实测名义拉应力,最大压应力远小于其抗压强度,桥面板处于线弹性受力状态,能够满足汽车荷载在上述最不利加载工况下的设计要求。(3)为了验证钢-UHPC轻型组合梁应用于实桥的安全性,对胜天大桥进行了静力分析,计算结果表明:在正常使用极限状态频遇组合下,UHPC桥面板纵向设计拉应力小于其初裂应力值,满足规范要求,钢-UHPC轻型组合梁可以有效解决组合梁桥面板易开裂的难题。
【关键词】：桥梁工程 钢-UHPC轻型组合梁 UHPC层应力 应力叠加法 全桥精细有限元法 混合有限元法 静力分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 钢-混凝土组合梁概述10-15
• 1.1.1 钢-混凝土组合梁特点及工作原理10-12
• 1.1.2 钢-混凝土组合梁发展与研究12-14
• 1.1.3 钢-混凝土组合梁存在的问题14-15
• 1.2 超高性能混凝土概述15-22
• 1.2.1 超高性能混凝土(UHPC)的定义15-16
• 1.2.2 UHPC在桥梁工程中的典型实例16-20
• 1.2.3 UHPC未来发展方向20-22
• 1.3 钢-UHPC轻型组合梁22-23
• 1.3.1 钢-UHPC轻型组合梁概念22-23
• 1.3.2 钢-UHPC轻型组合梁研究现状23
• 1.4 本文主要研究目的及内容23-25
• 1.4.1 本文主要研究目的23
• 1.4.2 本文主要研究内容23-25
• 第2章 钢-UHPC轻型组合梁方案25-36
• 2.1 工程概况25
• 2.2 钢-UHPC轻型组合梁结构方案25-28
• 2.3 钢-UHPC轻型组合梁施工方案28-31
• 2.3.1 无横向表面受拉接缝方案28-29
• 2.3.2 工厂预制梁段过程29-30
• 2.3.3 单向受弯接缝方案30-31
• 2.4 钢-UHPC轻型组合梁与钢-混凝土组合梁的对比31-32
• 2.5 钢-UHPC轻型组合梁与其他桥面结构的经济性能对比32-34
• 2.6 本章小结34-36
• 第3章 钢-UHPC轻型组合梁桥面板受弯性能有限元分析36-51
• 3.1 传统应力叠加法36-42
• 3.1.1 整体有限元模型37-38
• 3.1.2 节段有限元模型38-42
• 3.2 全桥精细有限元法42-44
• 3.2.1 有限元模型42
• 3.2.2 子模型技术42-43
• 3.2.3 有限元荷载43-44
• 3.3 混合有限元法44-48
• 3.3.1 基本理论45-47
• 3.3.2 有限元模型47-48
• 3.4 模型单元数量对比48-49
• 3.5 有限元计算结果与讨论49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第4章 钢-UHPC轻型组合梁斜拉桥静力分析51-70
• 4.1 有限元模型51-53
• 4.1.1 主梁模拟51
• 4.1.2 斜拉索模拟51-53
• 4.1.3 边界条件模拟53
• 4.2 施工阶段计算分析53-56
• 4.2.1 主要施工阶段53-55
• 4.2.2 施工阶段主梁位移计算结果55
• 4.2.3 施工阶段主梁应力计算结果55-56
• 4.3 营运阶段计算分析56-69
• 4.3.1 荷载及荷载组合56-58
• 4.3.2 恒载作用58
• 4.3.3 纵向影响线58-59
• 4.3.4 汽车荷载作用59-61
• 4.3.5 温度荷载作用61-63
• 4.3.6 横向风荷载作用63-64
• 4.3.7 荷载组合计算分析64-65
• 4.3.8 试验结果65-66
• 4.3.9 斜拉索验算66-69
• 4.4 本章小结69-70
• 结论与展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）77

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本文编号：1027454