型钢混凝土框架桥受力特性与设计方法的研究

发布时间：2017-03-20 07:09

  本文关键词：型钢混凝土框架桥受力特性与设计方法的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国交通事业的不断发展,原有的公路与铁路交叉形式,在施工过程中影响了既有铁路线的安全运营。因此平交道口改为立交道口成为道路交通建设的重要趋势。框架桥因自身独有的优势和适用性,在城市桥梁建设中得到广泛应用。现代化桥梁工程建设,由于受到原有建筑、既有铁路线、地质环境、施工工艺以及经济条件限制,对框架桥减重、优化结构设计以及工程造价等方面提出了更严格的要求。型钢混凝土组合结构是将型钢埋入混凝土中的一种独立的结构,是钢与混凝土组合的新形式,将其用在桥梁中,具有顶板薄、桥体的有效空间大、自重轻、造价低、方便施工、节省施工周期的优势。本文对型钢混凝土和钢筋混凝土框架桥进行静力荷载和地震动力响应分析。研究内容和成果如下：(1)对型钢混凝土框架桥不同板厚、不同含钢率模型,进行有限元分析,得出板厚和含钢率对结构特性的影响,对比分析了传统钢筋混凝土和型钢混凝土两种结构形式的框架桥,其受力特性基本一致。型钢混凝土框架桥对列车作用抵抗能力更好,且温度的变化对两种框架桥内力、位移影响较大,含钢率变化对温度作用下的内力、位移没有影响。(2)对不同跨径下不同含钢率、不同顶板厚的型钢框架桥进行有限元分析和理论计算,得出跨径在1Om～25m时,合理的含钢率为4%～6%、板厚为跨径的1/18-1/23。(3)基于纤维梁-柱单元的弹塑性分析理论,建立了传统框架桥和型钢混凝土框架桥的有限元分析模型,并对两种形式的桥梁进行了地震动力时程响应分析,研究了两种桥梁在不同等级地震作用下的动力响应。通过对比两类桥梁关键部位在地震动力作用下的弹塑性耗能能力,表明框架桥具有较强的抗震性能,且型钢混凝土框架桥比传统框架桥的抗震性能更为优异。(4)以工程实例对框架桥进行了型钢混凝土结构设计,对比两种结构,验证了前述探究的跨径与合理含钢率、板厚的关系,用实例证明了型钢混凝土框架桥具有降低结构高度、减轻自重、减少工程造价等优势。
【关键词】：框架桥 动力特性 弹塑性分析 静力分析
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U442.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 研究背景和意义9-11
• 1.1.1 研究背景9-10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.3 框架桥和型钢混凝土结构的优势及局限性12-14
• 1.3.1 框架桥的优势12-13
• 1.3.2 框架桥的局限性13
• 1.3.3 型钢混凝土的优势13-14
• 1.3.4 型钢混凝土的局限性14
• 1.4 本文研究的主要内容14-16
• 第二章 型钢混凝土框架桥含钢率合理性研究16-46
• 2.1 型钢混凝土组合结构的概述16-17
• 2.2 型钢混凝土框架桥有限元模型的建立17-30
• 2.2.1 有限元模型尺寸的拟定18-27
• 2.2.2 有限元模型参数27-28
• 2.2.3 设计荷载28-29
• 2.2.4 模型的建立29-30
• 2.3 型钢混凝土框架桥数值模拟分析30-38
• 2.3.1 不同含钢率框架桥内力的对比分析30-35
• 2.3.2 不同含钢率框架桥位移对比分析35-38
• 2.4 型钢混凝土框架桥顶板截面承载力的验算38-44
• 2.4.1 计算理论38-41
• 2.4.2 正截面承载力计算结果41-42
• 2.4.3 抗剪承载力和裂缝的验算42-44
• 2.5 型钢混凝土框架桥不同跨径含钢率的研究44-45
• 2.6 本章总结45-46
• 第三章 型钢混凝土框架桥受力特性研究46-63
• 3.1 原型框架桥与型钢框架桥受力特性对比46-54
• 3.1.1 结构内力分析的基本原理46-48
• 3.1.2 两种结构形式框架桥受力特性的对比分析48-54
• 3.2 不同跨径的型钢混凝土框架桥受力特性分析54-62
• 3.2.1 不同跨径的框架桥数值模拟结果分析55-61
• 3.2.2 顶板厚度与桥梁跨径关系的研究61-62
• 3.3 本章总结62-63
• 第四章 框架桥地震动力响应分析63-100
• 4.1 框架桥抗震分析的模型建立64-71
• 4.1.1 基本设计资料64
• 4.1.2 边界条件64-65
• 4.1.3 模型材料的本构关系65-71
• 4.2 框架桥动力特性分析及结果71-85
• 4.2.1 自振特性的计算原理71-72
• 4.2.2 框架桥自振特性结果72-85
• 4.3 框架桥地震动力响应分析85-98
• 4.3.1 结构关键控制截面动力时程分析86-97
• 4.3.2 结构塑性状态的分析97-98
• 4.4 本章总结98-100
• 第五章 型钢混凝土框架桥工程实例结构设计100-112
• 5.1 型钢混凝土框架桥节点设计理论100-101
• 5.1.1 节点受力机理100
• 5.1.2 节点设计及构造100-101
• 5.2 型钢混凝土框架桥结构配筋设计101
• 5.2.1 结构配筋理论101
• 5.2.2 结构配筋构造要求101
• 5.3 实例框架桥配筋设计101-111
• 5.3.1 工程概况101-103
• 5.3.2 荷载及模型边界条件103-104
• 5.3.3 结构配筋验算104-111
• 5.4 本章总结111-112
• 第六章 结论与展望112-114
• 6.1 主要结论112-113
• 6.2 研究展望113-114
• 参考文献114-118
• 在学期间的研究成果118-119
• 致谢119

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