新型正交异性钢桥面板力学性能及优化设计研究

发布时间：2020-06-02 14:18

【摘要】：正交异性钢桥面板因其自重轻,极限承载力大,运输与架设方便以及施工周期短等优点,逐渐成为世界各国大跨径钢桥的首选桥面板形式。但是在超重车反复虐行下引起的钢桥面板开裂和铺装层损害的问题一直困扰着工程和学术界,为了解决这两类病害问题,探讨了一种新型双维波形钢正交异性钢桥面板。论文以杭瑞高速洞庭湖大桥为工程背景,利用有限元软件Midas Civil和ABAQUS建立了分析模型,研究了新型钢桥面板结构的整体和局部受力性能,对其主要参数进行了优化设计。论文的主要研究内容和结论包括:1)利用Midas Civil建立了杭瑞高速洞庭湖大桥整体有限元模型,分析比较了传统和新型正交异性钢桥面板的整体力学性能,探讨了新型正交异性钢桥面板的适用性。2)利用ABAQUS建立了传统和新型正交异性钢桥面板局部线弹性有限元模型。分析结果表明,新型钢桥面板的挠度和应力均小于传统钢桥面板的挠度和应力,且分布更加均匀。特别是在新型钢桥面板上铺设RPC结构层后,沥青铺装层挠度降幅幅度27.17%,使得挠度横向分布更加均匀;应力降幅幅度高达69.78%,沥青铺装层的应力减少量转移到了 RPC层,从而减少了应力集中程度。3)为进一步研究铺设RPC结构层后的新型钢桥面板的局部力学性能,利用ABAQUS建立了铺设RPC结构层后的新型钢桥面板局部非线性有限元模型。研究结果表明,计入RPC结构层、双维波形钢桥面板及剪力栓钉的材料非线性,并考虑RPC结构层与双维波形钢桥面板界面之间的接触非线性后,在弹性阶段,考虑界面滑移效应对结构承载力影响不明显,在塑性阶段,考虑界面滑移效应对结构承载力影响显著;双维波形钢桥面板与RPC结构层两者协同受力较好。4)对新型正交异性钢桥面板的钢顶板和加劲肋主要设计参数进行了优化设计。在保证结构受力性能良好且材料用量较省的情况下,得出新型钢桥面板的钢顶板最佳厚度为16mm,钢顶板最佳高度为120mm,钢顶板波峰最佳间距为800mm;其加劲肋最佳厚度为14mm,加劲肋最佳高度为220mm,为今后进一步研究设计这类新型钢桥面板提供参考。
【图文】：

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其突破性的优点在于降低了结构高度，大大减轻了结构自重，但是其焊接工作量较大，逡逑限于当时焊接工艺不成熟，焊接造价高，此种桥面板在当时并没有得到推广应用，其截逡逑面形式如图１．１所示。逡逑纵向加}0逡逑图１．１德国Ｆｅｌｄｃｏｅｇ钢桥面板逡逑二战后，欧洲大、中跨径桥梁受到严重破坏，面临着在战争中被摧毁的桥梁亟待逡逑修复以及建筑材料供应紧张等问题。由于之前的正交异性钢桥面板结构经济效益很不理逡逑想，为此，欧洲的工程师们探索出了新的正交异性钢桥面板，它是由桥面板、横肋和纵逡逑肋组成，，通过焊缝连接成整体并协同受力〃６］。之后由于分析方法的改善，高性能钢材的逡逑运用以及焊接技术的提高，使得钢桥面板的设计和制造变得日趋成熟，加之本身其结构逡逑自重轻，用钢量少和承载力大等优点，正交异性钢桥面板在许多国家的大、中跨径桥梁逡逑中得以广泛的应用。逡逑自２０世纪５０年代年起，德国工程师们建成世界上首座采用开口加劲肋形式的正逡逑交异性钢桥面板的Ｋｕｒｐｆａｌｚ桥。到２０世纪９０年代，欧洲各国采用正交异性钢桥面板的逡逑桥梁己有１０００多座［１７］

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２００２年重新施工桥面板铺装层。从历年来钢桥面板铺装层损坏情况来看，正交异性钢桥逡逑面板的沥青铺装层主要的破坏形式有纵向裂缝、坑槽鼓包、脱层、层间推移和车辙等，逡逑如图１．３所示。逡逑ａ）车辙逦ｂ）纵向裂缝逡逑Ｃ）坑槽鼓包逦ｄ）脱层和层间推移逡逑图１．３正交异性钢桥面板铺装层病害形式逡逑１．２．３解决方案逡逑上述传统正交异性钢桥面板面临的两大典型问题，严重阻碍了正交异性钢桥面板的逡逑发展。为了提高正交异性钢桥面板的受力性能，解决这两类病害问题，国内外学者对此逡逑展开了深入的理论和试验研究。目前解决正交异性钢桥面板的两类典型病害问题，主要逡逑有两种思路：逡逑１）发展新型正交异性钢桥面板结构。逡逑邓文中等［２５＿２８】为传统正交异性钢桥面板提出了一个新的构思，综合考虑结构的受逡逑力性能、经济性和安全性，加大纵向Ｕ肋，增加桥面板厚度，优化构造细节，建议将Ｕ逡逑形纵肋开口宽度增大至４００ｍｍ，Ｕ形纵肋高度增大至３８０ｍｍ，纵肋间距增大至８００ｍｍ，逡逑横隔板间距由增大至８ｍ，钢顶板厚度增大至１８ｍｍ，如图１．４所示。相比于传统正交异逡逑５逡逑
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U443.31

【参考文献】