轻型组合桥面结构自锚式悬索桥静力行为分析
本文关键词：轻型组合桥面结构自锚式悬索桥静力行为分析
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【摘要】：随着我国城市市政桥梁的大量建设,自锚式悬索桥凭借其无需锚碇结构、结构选型灵活的优势在中小跨经桥梁方案中越来越受到重视。本文在回顾自锚式悬索桥的发展历史、结构特点及桥面铺装发展现状的基础上,结合成都市益州大道锦江桥设计分别开展了自锚式悬索桥全桥静力分析、钢箱梁锚固结构局部受力分析及轻型组合桥面结构的受力特点研究工作。本文首先梳理了自锚式悬索桥初始成桥状态的确定方法,即通过节线法计算的初始线形作为悬链线索单元进行精确分析,再将初始内力输入得到初始成桥状态。随后对自锚式悬索桥进行全桥静力分析,结果表明该模型在最不利荷载组合作用下的变形及应力均满足规范要求。同时,本文进一步探讨了钢箱梁采用轻型组合桥面结构对钢箱梁竖向变形的影响。随后,考虑到钢箱梁后锚固构造的复杂性,本文分析了自锚式悬索桥主缆锚固系统设计的一般规律并使用Midas-Civil有限元软件对后锚固构造进行局部受力分析。在采用了抗拉支座、局部压重的措施以降低主缆竖向分力的不利影响后,主缆锚固区能在合理的应力及变形条件下通过锚拉板将主缆力传递到钢箱梁中。接下来本文针对城市宽桥面钢箱梁横向效应显著的问题梳理了正交异性板体系划分及计算的方法,通过Midas-FEA有限元模型分析正交异性板的二三体系受力。针对分析中顶板应力偏大的问题,进一步对比分析沥青铺装和STC铺装方案对钢箱梁强度和顶板刚度的改善效果。由于桥面钢箱梁受力的复杂性,本文继续采用Midas-FEA空间板单元模型模拟疲劳车辆荷载的不同荷载位置,计算分析了沥青铺装、STC铺装两种类型的钢箱加劲梁桥面疲劳问题。对比研究表明,轻型组合桥面的使用可较为有效改善桥面的刚度、减小钢桥面板使用应力、减少桥面疲劳热点部位的疲劳应力幅。最后,本文对超高韧性混凝土铺装体系进行了参数敏感分析。主要研究荷载作用方式、STC层结构参数对铺装体系及钢桥面板应力的影响。为将来这些参数作为设计控制指标时进行多参数合理设计铺装方案提供参考。
【关键词】：自锚式悬索桥 轻型组合桥面结构 正交异性板 疲劳应力幅 参数敏感分析
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.25
【目录】：
- 摘要6-7
- Abstract7-12
- 第1章 绪论12-28
- 1.1 自锚式悬索桥的发展综述12-17
- 1.1.1 国外自锚式悬索桥的发展12-15
- 1.1.2 国内自锚式悬索桥的发展15-17
- 1.2 自锚式悬索桥结构特点及发展现状17-19
- 1.2.1 自锚式悬索桥主要构造及结构形式17-18
- 1.2.2 自锚式悬索桥的优缺点18-19
- 1.3 交异性板桥面铺装体系发展现状19-24
- 1.3.1 传统正交异性板铺装体系19-22
- 1.3.2 超高韧性混凝土铺装体系22-24
- 1.4 程背景及本文的研究内容24-28
- 1.4.1 工程背景24-26
- 1.4.2 本论文的研究内容26-28
- 第2章 自锚式悬索桥全桥静力分析28-44
- 2.1 有限元分析方法28-32
- 2.1.1 确定无应力索长29-31
- 2.1.2 确定整体结构形状31-32
- 2.2 有限元模型的建立32-37
- 2.2.1 模型建立32-34
- 2.2.2 荷载工况34-36
- 2.2.3 主缆、吊杆受力情况36-37
- 2.3 运营阶段受力分析37-41
- 2.3.1 活载受力分析37-39
- 2.3.2 荷载组合受力分析39-41
- 2.4 不同铺装方案对全桥受力的影响41-42
- 2.5 本章小结42-44
- 第3章 主缆锚固结构受力分析44-52
- 3.1 概述44
- 3.1.1 主缆锚固区受力特点44
- 3.1.2 主缆锚固区设计原则44
- 3.2 工程背景44-46
- 3.2.1 工程概况44-45
- 3.2.2 锚固系统介绍45-46
- 3.3 后锚固结构有限元模型46-48
- 3.3.1 模型设计整体思路46
- 3.3.2 后锚固结构的荷载及边界条件46
- 3.3.3 有限元模型的建立46-48
- 3.4 后锚固结构分析计算48-50
- 3.4.1 顶、底板及加劲肋结果分析48-49
- 3.4.2 腹板结果分析49-50
- 3.4.3 锚固结构结果分析50
- 3.5 本章小结50-52
- 第4章 钢箱加劲梁桥面空间受力分析52-75
- 4.1 概述52
- 4.2 钢箱加劲梁受力分析52-59
- 4.2.1 计算参数及边界条件52-54
- 4.2.2 模型建立54-55
- 4.2.3 结果分析55-59
- 4.3 不同铺装方案对桥面受力的影响59-66
- 4.3.1 对比范围59-60
- 4.3.2 基本假定60
- 4.3.3 模型建立60
- 4.3.4 对比分析60-65
- 4.3.5 结论65-66
- 4.4 不同铺装方案对桥面疲劳问题的影响66-73
- 4.4.1 疲劳问题现状及验算方法66-68
- 4.4.2 计算参数及边界条件68
- 4.4.3 模型建立68-71
- 4.4.4 疲劳应力分析结果71-72
- 4.4.5 不同铺装方案对疲劳的影响72-73
- 4.5 本章小结73-75
- 第5章 轻型组合桥面结构参数敏感性分析75-88
- 5.1 概述75
- 5.2 参数选择75-76
- 5.3 荷位敏感性分析76-80
- 5.3.1 荷位确定76
- 5.3.2 纵向荷位76-78
- 5.3.3 横向荷位78-79
- 5.3.4 对钢桥面板的影响79-80
- 5.4 荷载值敏感性分析80-82
- 5.5 STC层厚度敏感性分析82-84
- 5.5.1 铺装层影响分析82-83
- 5.5.2 钢桥面板影响分析83-84
- 5.6 STC层弹性模量敏感性分析84-87
- 5.7 本章小结87-88
- 结论与展望88-90
- 致谢90-91
- 参考文献91-94
- 攻读硕士期间发表的论文及科研成果94
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