高速铁路U型连续梁桥性能分析及优化研究

发布时间：2017-09-09 12:31

  本文关键词：高速铁路U型连续梁桥性能分析及优化研究

  更多相关文章： 高速铁路U型连续梁桥 稳定理论 非线性分析 材料特性 截面设计参数 优化设计 合理跨径

【摘要】：随着高铁“走出去”进程的加快,高速铁路桥梁亟需全新的观念来设计和施工。U型梁作为一种新型改进的槽形梁,具有节约钢材、降低噪音、方便养护、抗震性能强等优势,但国内外学者的研究大多限于U型梁的构造特点及正常使用状态下的弯剪扭等静力作用,对其承载力状况和优化性能的研究并不多见,在国内尚无U型梁应用于高铁桥梁上的工程实例。因此,针对以上内容,本文着力于高速铁路U型连续梁桥性能分析及优化研究,主要进行了以下几个方面的工作：(1)系统梳理了U型梁的国内外工程案例及发展现状,依托某预应力混凝土U型连续梁桥,对有限元分析理论、稳定理论、极限承载力理论、优化理论和时程分析理论进行了总结概述,为更好地推动U型梁在高速铁路桥梁建设工程中的应用奠定基础。(2)为研究高速铁路U型连续梁桥材料特性对结构特性的影响,选取C40～C100七种不同强度等级的混凝土方案,研究其静动力特性,根据位移变化幅度和频率变化幅度,确定了适合高速铁路U型连续梁桥的混凝土强度等级为C50。(3)为研究高速铁路U型连续梁桥截面特性对结构特性的影响,分别选取道床板厚度、道床板宽度、腹板厚度、腹板高度、上翼缘板厚度等五种参数的各六种方案,建立弹性稳定性能分析模型和几何非线性极限状态分析模型,分析了各参数对结构体系整体稳定安全的变化规律,并分析和探讨了各参数对高速铁路U型连续梁桥极限承载能力的影响情况。(4)为研究一定跨度条件下的高速铁路U型连续梁桥合理截面特性,以安全性和经济性为前提对五种参数的截面特性进行优化,选定相对最大主压应力和相对质量为两个目标函数,以五种截面参数为优化设计变量,以拉应力、压应力、剪应力和位移为约束条件,建立优化分析模型,判定截面参数的合理值。(5)为探讨某种材料特性和截面特性的高速铁路U型连续梁桥合理跨径,以优化后的材料和截面结果,建立动力性能分析模型,按相同边中跨比和不同边中跨比两种方案类型进行合理跨径比选。通过判断不同边中跨比值对中跨与边跨最大弯矩的影响,选定适合高速铁路U型连续梁桥的合理边中跨比值为0.6～0.7。利用时程分析,以滞回曲线的机理为基础,判定跨径对耗能能力的影响,确定了适合高速铁路U型连续梁桥的合理中跨跨径范围为50～70m。通过对高速铁路U型连续梁桥进行性能分析及优化研究,得知了影响U型梁结构力学性能的截面参数、材料特性、合理边中跨比值及合理中跨跨径,为同类型高铁U型连续梁桥设计和施工提供了一定的技术支撑。
【关键词】：高速铁路U型连续梁桥 稳定理论 非线性分析 材料特性 截面设计参数 优化设计 合理跨径
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.5
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 绪论13-21
• 1.1 高速铁路U型梁桥概述13-16
• 1.1.1 高速铁路桥梁的特点及结构形式13-14
• 1.1.2 U型梁的特点及工程应用14-16
• 1.2 U型梁的国内外研究现状16-19
• 1.2.1 论分析研究16-18
• 1.2.2 模型试验研究18-19
• 1.2.3 实桥测定研究19
• 1.3 本文的研究背景19
• 1.4 本文研究的主要内容19-21
• 2 高速铁路U型梁桥计算分析理论21-33
• 2.1 U型梁力学性能分析方法21-23
• 2.1.1 解析法21-22
• 2.1.2 有限元法22
• 2.1.3 论分析方法对比22-23
• 2.2 非线性有限元分析23-28
• 2.2.1 概述24
• 2.2.2 求解方法24-28
• 2.2.3 收敛准则28
• 2.3 依托工程设计资料28-32
• 2.3.1 设计依据28-29
• 2.3.2 设计基本资料29-32
• 2.4 本章小结32-33
• 3 U型梁设计参数对结构静力性能的影响分析33-55
• 3.1 两类稳定问题的有限元分析思路33-39
• 3.1.1 稳定性理论介绍33-34
• 3.1.2 第一类稳定问题的线弹性分析34-35
• 3.1.3 第二类稳定问题的非线性极限状态分析35-37
• 3.1.4 模型概况37-39
• 3.2 不同材料特性对U型梁结构性能的影响分析39-41
• 3.2.1 研究意义39
• 3.2.2 材料特性方案39
• 3.2.3 计算结果讨论39-41
• 3.3 不同截面参数对U型梁结构性能的影响分析41-54
• 3.3.1 道床板厚度41-44
• 3.3.2 道床板宽度44-46
• 3.3.3 腹板厚度46-49
• 3.3.4 腹板高度49-51
• 3.3.5 上翼缘板厚度51-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 高速铁路U型连续梁桥的截面参数优化设计55-67
• 4.1 结构优化设计理论55-56
• 4.1.1 结构优化概述55
• 4.1.2 结构优化设计的数学模型55-56
• 4.2 高铁U型连续梁桥优化模型56-57
• 4.3 高铁U型连续梁桥参数优化分析57-65
• 4.3.1 确定设计变量取值范围57-60
• 4.3.2 优化方法及结果60-65
• 4.4 本章小结65-67
• 5 基于动力性能分析的U型连续梁桥合理跨径探究67-89
• 5.1 跨径方案67-68
• 5.2 U型连续梁桥合理边中跨比的研究68-72
• 5.2.1 自重作用下的变形和应力68-69
• 5.2.2 最不利荷载组合下的变形和应力69-70
• 5.2.3 合理边中跨比的选定70-72
• 5.3 U型连续梁桥合理中跨跨径的研究72-88
• 5.3.1 研究方法72-77
• 5.3.2 不同中跨跨径方案的动力特性分析77-83
• 5.3.3 合理中跨跨径的选定83-88
• 5.4 本章小结88-89
• 6 结论与展望89-91
• 6.1 主要结论89-90
• 6.2 工作展望90-91
• 参考文献91-93
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果93-97
• 学位论文数据集97

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 任淑芳,郭国会;连续梁桥损伤诊断的单元模态能量比法研究[J];昆明理工大学学报;2000年06期

2 尹娟,郭秀文;基于柔度改变的连续梁桥损伤诊断研究[J];华东公路;2001年03期

3 蓝建中;对现浇铁路连续梁桥整体模块的力学探讨[J];上海铁道科技;2002年04期

4 王军文,李建中,范立础;连续梁桥纵向地震碰撞反应参数研究[J];中国公路学报;2005年04期

5 蒋定宇;;特大连续梁桥合龙方法研究[J];施工技术;2006年S1期

6 李名佳;高日;李承根;;连续梁桥耗能减震设计新方法[J];低温建筑技术;2010年09期

7 陈鹏;;连续梁桥施工中的挠度监测和控制[J];科技风;2010年16期

8 胡薇;袁万城;杨智;;连续梁桥船撞响应的简化分析研究[J];结构工程师;2011年06期

9 王鹏;;浅析连续梁桥施工要点及监测控制[J];商品混凝土;2012年09期

10 孙全胜;李大杰;;超长联大跨连续梁桥合龙顺序分析[J];世界桥梁;2012年05期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 罗玲;;介绍一座钢箱连续梁桥的设计[A];中国土木工程学会市政工程专业委员会第一次城市桥梁学术会议论文集[C];1987年

2 杜晓雷;马万权;李建中;;地震作用下连续梁桥固定墩受力的探讨[A];中国公路学会桥梁和结构工程学会2003年全国桥梁学术会议论文集[C];2003年

3 徐锡瑶;;园弧曲线连续梁桥的计算[A];中国土木工程学会市政工程专业委员会第一次城市桥梁学术会议论文集[C];1987年

4 周世军;王华廉;;斜支承箱形连续梁桥的弯扭特性[A];全国桥梁结构学术大会论文集（下册）[C];1992年

5 殷海军;王志强;胡世德;;连续梁桥设置阻尼器参数分析[A];第八届全国振动理论及应用学术会议论文集摘要[C];2003年

6 孙中华;徐锡燕;冯泉钧;;连续梁桥施工中两大问题的探讨[A];全国城市公路学会第十八届学术年会论文集[C];2009年

7 景庆新;孙建渊;石洞;蔡方毅;;拱式连续梁桥的弹塑性稳定研究[A];中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第十三届年会论文集（上册）[C];1998年

8 杜思义;陈淮;殷学纲;;基于应变模态的连续梁桥损伤识别研究[A];第十二届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ册[C];2003年

9 孙宗光;陈宏广;李晓飞;;曲线连续梁桥支承体系受力与变形分析[A];第十三届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）[C];2004年

10 刘洪兵;朱f^;;大跨连续梁桥在空间变化地震动下的响应[A];第八届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 本报记者　杜若原;荆江彩虹连鄂湘[N];人民日报;2002年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 盛可鉴;简支转连续梁桥的几个关键问题研究[D];哈尔滨工业大学;2013年

2 王立峰;大角度V撑蝶形拱式连续梁桥受力性能的研究[D];东北林业大学;2013年

3 孙松建;连续梁桥地震损伤控制与数值模拟[D];天津大学;2012年

4 张通;大跨刚构—连续梁桥的全寿命性能监测与分析[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 周大兴;考虑土—结构相互作用大跨径连续梁桥抗震性能研究[D];北京工业大学;2012年

6 孙平义;异形连续梁桥动力特性计算及损伤识别方法[D];吉林大学;2014年

7 龙晓鸿;斜拉桥及连续梁桥空间地震反应分析[D];华中科技大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 周东东;小边跨PC连续梁桥静力分析及设计参数研究[D];长安大学;2015年

2 杨旭东;高铁连续梁桥离差系数组合值及抗震性能指标研究[D];北京交通大学;2016年

3 李鑫;结构参数对高速铁路连续梁桥地震易损性的影响研究[D];西南交通大学;2016年

4 郭晨;轨道约束对高速铁路连续梁桥地震易损性影响研究[D];西南交通大学;2016年

5 王云云;高速铁路U型连续梁桥性能分析及优化研究[D];北京交通大学;2016年

6 葛白雪;连续梁桥地震弹塑性反应分析[D];石家庄铁道大学;2016年

7 齐进会;高速铁路连续梁桥施工与控制关键技术研究[D];石家庄铁道大学;2016年

8 李晓鹏;基于小波分析和移动荷载作用的连续梁桥损伤识别研究[D];郑州大学;2016年

9 李名佳;防屈曲耗能支撑在连续梁桥纵向减震中的应用研究[D];北京交通大学;2010年

10 张业平;连续梁桥结构体系的可靠度研究[D];合肥工业大学;2004年

，

本文编号：820466