大跨度混合梁独塔转体斜拉桥设计关键问题研究

发布时间：2020-08-14 11:12

【摘要】：随着我国交通运输业的高速发展,新建大量客运专线、城际铁路及城市快速路的同时也伴随着一些大中型城市主城区的高速扩张,势必会导致较多上跨铁路城市桥梁的出现。在最大限度减小对既有铁路影响的同时从经济合理的角度考虑,采用混合梁作为独塔转体斜拉桥的主梁,不仅能够提高跨越能力,还将大大降低工程造价,产生巨大的经济效益,因此混合独塔梁转体斜拉桥也随之提出。本文依托某市上跨铁路立交桥主桥为工程背景,该桥为大跨度混合梁独塔转体斜拉桥,在设计过程中面临诸多关键性问题,包括:钢-混结合段位置选取、合理成桥状态确定,桥梁设计优化、钢-混结合段设计及转体系统设计等。本文从解决上述设计关键问题出发,开展了以下几个方面的研究工作:(1)从理论角度推导大跨度混合梁独塔转体斜拉桥边主跨比的合理范围、钢-混结合段位置的合理范围等;(2)探究大跨度混合梁独塔转体斜拉桥合理成桥状态的确定方法。(3)从钢-混结合段位置选取、辅助墩设计及索塔锚固形式等方面进行设计优化,提出优化设计方案。(4)依据弹性夹层法及弹性变形理论推导多排抗剪连接件剪力计算公式并与数值模拟结果进行对比分析。(5)对钢-混结合段及转体系统建立局部精细化仿真模型,对其受力性能进行研究。通过对上述问题的研究,得出以下结论:(1)本工程钢-混结合段位置设置在伸入主跨11.5m处更为适宜;(2)确定合理成桥状体时采用分阶段优化的方法,使设计思路更加清晰;(3)对桥梁设计进行了优化,提出了优化后的设计方案;(4)钢-混结合段整体受力满足设计规范要求,钢-混结合段传力平稳;(5)转体系统受力满足设计规范要求,具备成功转体的条件。通过对大跨度混合梁独塔转体斜拉桥设计关键问题的研究,解决了设计过程中的一些关键性问题的同时也为今后类似工程的设计提供借鉴和参考。
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27
【图文】：

工程实例,斜拉桥,混合梁,混合梁斜拉桥

由于混合梁不同区段采用两种不同的材料，使其结构特性与钢斜拉桥混凝土斜拉桥具有较大的差异，从而使结构设计既有与钢斜拉桥和混凝土斜拉桥设计基本相同的内容，又有其特殊性，而采用转体施工的混合梁独塔斜拉桥更将突出设计中的特殊性，因此有必要针对此类混合梁斜拉桥的设计问题展开研究，对完善混合梁斜拉桥设计体系具有一定理论价值，同时也为今后类似工程的设计提供借鉴和参考 ξaο金川曾达桥 ξbο绥芬河斜拉桥

主桥,有限元模型,初始索力

ξbο全桥有限元模型图 3-6 主桥有限元模型转体前索力确定及优化ξ1ο零位移法确定初始索力在本文工程实例的设计过程中，转体部分跨径范围内共有 11 对斜拉索上理论及转体前主桥有限元模型，利用有限元分析软件 Midas Civil 2零位移法确定的初始索力值在求解过程中，如果将控制条件限制严格产生无解的情况，因此，在满足工程设计精度的前提下，可将位移约束向于 0 的范围内，本文取位移限制条件为 1mm 最终求得的初始索力示从图 3-7 中可以看出，初定的斜拉索索力具有跳跃性，钢梁侧的斜拉索对应的混凝土梁侧索力；为进一步满足规范和设计要求，还需采用应力初始索力进行调整和优化

主梁,主塔,弯矩图,弯矩

第 3 章大跨度混合梁独塔转体斜拉桥合理成桥状态确定运用最小二乘法及影响函数对成桥索力再次进行调整，使成桥状态满足设计要求采用公式ξ3-17ο调整后的斜拉索索力与初定索力对比如图 3-9 所示从图中可以看出，经过调整后的索力较调整之前更为均匀图 3-10 为索力调整前后主梁弯矩对比，图 3-11 为索力调整前主梁弯矩及合理弯矩可行域从图中可看出，经过索力调整后的成桥状态主梁弯矩也达到预期的优化效果，弯矩较调整前更加平顺且主梁弯矩均处于合理弯矩可行域内图 3-12~图 3-16 为转体前状态索索力优化结果

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