超高性能混合梁钢—混结合段受力性能有限元分析

发布时间：2017-08-14 06:33

  本文关键词：超高性能混合梁钢—混结合段受力性能有限元分析

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【摘要】：混合梁以其能充分发挥钢主梁与混凝土主梁各自的优点,在桥梁建设中得到了越来越多的应用。但其主梁刚度在钢—混结合段发生突变,使得钢—混结合段成为结构体系的关键控制点;中跨钢主梁的正交异性桥面系面临钢结构疲劳开裂和铺装层损害两大难题。为此,中跨钢梁采用湖南大学邵旭东教授提出的带板肋的钢—UHPC轻型组合结构,并将其中的UHPC层连续延伸,盖过钢—混结合段,并部分伸入混凝土箱梁(2.5m),形成超高性能混合梁。钢—UHPC轻型组合结构可以解决钢桥面系疲劳开裂和铺装层损害两大难题。本文针对超高性能混合梁的钢—混结合段进行初步研究,通过有限元分析方法完成了以下工作:(1)利用ANSYS建立有、无UHPC层的两种钢—混结合段构造形式的有限元局部模型,采用传统悬臂加载模式,对比分析在单一弯矩、轴力及压弯荷载作用下UHPC层对钢—混结合段受力性能的影响。结果表明:UHPC层作为结构层参与受力,主要影响钢—混结合段上部的钢顶板和混凝土的应力,离顶板较近,影响越大;对下部的钢底板和混凝土的应力影响不大。(2)详细阐述基于ANSYS的混合连续梁桥钢—混结合段多尺度建模方法。(3)基于多尺度有限元模型,对比分析UHPC层对钢—混结合段受力性能的影响。与传统悬臂加载模型相似,结果表明:UHPC层作为结构层参与受力,主要影响钢—混结合段上部的钢顶板和混凝土的应力;可显著降低汽车局部轮载作用下结合面1钢顶板的纵桥向应力。(4)基于多尺度有限元模型,模拟大桥从施工到运营的全过程。结果表明:钢—混结合段内部混凝土应力主要来自边跨顶板合拢束和结合段局部预应力束,在各个阶段中,预应力束使结合段内部混凝土处于受压状态;大桥合拢前,结合段的最不利阶段是中跨钢箱梁合拢吊装阶段;合拢后,全桥结构由悬臂体系转换为整体体系,提高了桥梁结构的整体受力性能,使结合段的整体压应力水平略微增加;成桥后,结合段位于中跨反弯点附近,汽车荷载对其应力分布影响不明显。(5)基于多尺度有限元模型,分析最不利负弯矩工况下钢—混结合段各构件的应力水平,并对各构件的应力传递进行探讨。结果表明:结合段除预应力锚固区域存在应力集中外,整体应力水平不高,上翼缘混凝土处于预压状态,未出现拉应力;钢主梁上的应力能通过结合段顺利传递至混凝土梁,但需关注因结合段内部剪力键的群钉效应而使结合段两端混凝土和UHPC层应力变化较大的现象。
【关键词】：混合梁 钢—混结合段 多尺度 有限元 超高性能轻型组合梁
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 钢—混结合段的研究概况10-14
• 1.1.1 钢—混结合段合理位置11-12
• 1.1.2 钢—混结合段结构形式12-13
• 1.1.3 钢—混结合段受力特性研究13-14
• 1.2 超高性能轻型组合梁研究概况14-17
• 1.3 结构多尺度建模方法17-19
• 1.4 本文的工程背景与主要内容19-23
• 1.4.1 工程背景19-21
• 1.4.2 研究的主要内容21-23
• 第2章 钢—混结合段受力性能对比分析23-37
• 2.1 有限元模型的建立23-25
• 2.1.1 单元选取与材料特性23
• 2.1.2 边界条及荷载施加方式23-25
• 2.1.3 结果提取位置说明25
• 2.2 受弯性能对比分析25-29
• 2.2.1 结合面1钢顶、底板应力对比分析25-26
• 2.2.2 结合面2混凝土顶、底部应力对比分析26-27
• 2.2.3 结合段内部混凝土应力对比分析27-29
• 2.2.4 结合段内力分配比例对比分析29
• 2.3 受压性能对比分析29-32
• 2.3.1 结合面1钢顶、底板应力对比分析29-30
• 2.3.2 结合面2混凝土顶、底部应力对比分析30-31
• 2.3.3 结合段内部混凝土应力对比分析31-32
• 2.3.4 结合段内力分配比例对比分析32
• 2.4 受压弯作用性能对比分析32-36
• 2.4.1 结合面1钢顶、底板应力对比分析33
• 2.4.2 结合面2混凝土顶、底部应力对比分析33-34
• 2.4.3 结合段内部混凝土应力对比分析34-35
• 2.4.4 结合段内力分配比例对比分析35-36
• 2.5 本章小结36-37
• 第3章 钢—混结合段多尺度建模方法37-46
• 3.1 单元选取37-39
• 3.1.1 大尺度模型单元模拟37-38
• 3.1.2 小尺度模型单元模拟38-39
• 3.2 材料特性39-40
• 3.3 模型装配与边界条件40-41
• 3.4 荷载施加41-43
• 3.4.1 自重、二期恒载、施工荷载41
• 3.4.2 预应力荷载41-42
• 3.4.3 汽车荷载42-43
• 3.4.4 整体温度、梯度温度、收缩徐变、支座沉降43
• 3.5 施工阶段模拟43-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第4章 多尺度模型计算结果分析46-67
• 4.1 两种构造形式钢—混结合段的应力对比分析46-52
• 4.1.1 负弯矩工况下对比分析46-49
• 4.1.2 正弯矩工况下对比分析49-52
• 4.2 钢—混结合段应力分析52-61
• 4.2.1 各个阶段结合段内部混凝土应力对比分析52-55
• 4.2.2 最不利负弯矩工况下钢—混结合段应力水平分析55-61
• 4.3 钢—混结合段应力传递分析61-65
• 4.3.1 钢梁顶、底板应力传递61-62
• 4.3.2 钢梁加劲肋应力传递62-63
• 4.3.3 承压板应力传递63
• 4.3.4 结合段混凝土应力传递63-64
• 4.3.5 UHPC层应力传递64-65
• 4.4 本章小结65-67
• 结论与展望67-69
• 参考文献69-72
• 致谢72

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本文编号：671258