斜独塔斜拉桥结合部应力分析及钢管混凝土拱桥顶升改造

论文摘要

近年来,随着交通事业的快速发展,需要修建更多的大跨度桥梁以跨越江河海峡等。在大跨度的桥梁中,斜独塔斜拉桥是一种造型优美独特的具有发展前景的新型形式,这种桥型通常采用混合梁体系,其中钢梁与混凝土梁的连接是设计的关键技术。因此,对钢—砼连接部位受力性能的研究具有重要的理论意义和实际工程应用价值。简要回顾了斜拉桥的发展历程,分析了独塔斜拉桥的特点及优点,介绍了混合梁斜拉桥钢梁与混凝土梁连接部位的位置选择及结构形式,以及结合部刚度匹配的概念及意义。利用有限元分析方法对马新大桥钢砼结合段进行模拟计算,分析了结合段两种不同材料主梁的刚度匹配对其整体传力的影响。空间应力分析时取结合段左边10.75m混凝土梁段,右边6.75m钢箱梁作为分析范围,考虑改变混凝土填充量和钢梁加劲肋尺寸两个方面来建立了六个计算模型,调整边界条件和所加力的大小,使结合段的内力和空间杆系结构计算的内力相符。通过对六个模型在最大轴力、剪力和弯矩三个工况下的纵向应力计算结果的比较与分析,得出结合段最佳的截面构造形式。结合仙岳村钢管混凝土拱桥的顶升改造工程,介绍了整体顶升技术在钢管混凝土拱桥改造中的具体应用。仙岳村天桥在顶升过程中经历了多次体系转换,施工控制难度较大。通过对首次体系转换临时索索力的优化,施工过程中对关键阶段进行了多工况模拟优化分析,证明了钢管混凝土拱桥的顶升施工改造在理论上是可行的,并辅以各主要阶段的全程位移及应力监控措施,确保了改造工程按期优质完成,理论分析与实际工程相结合,取得了良好的经济和社会效益,为既有拱梁的改造提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 斜拉桥的发展与现状
• 1.2 独塔斜拉桥的发展及特点
• 1.2.1 独塔斜拉桥的发展
• 1.2.2 独塔斜拉桥的特点
• 1.3 本文的工程背景
• 1.4 本文工作的主要内容
• 2 钢—混结合部
• 2.1 斜拉桥按主梁材料的分类
• 2.2 钢—混结合部位置的选择
• 2.3 钢—混结合部的构造设计
• 2.4 PBL剪力键的特点和力学性能
• 2.5 马新大桥结合段构造
• 2.6 钢—混结合部的刚度匹配
• 2.6.1 刚度匹配的概念
• 2.6.2 ANSYS分析的理论依据及实现途经
• 2.6.3 研究的意义和价值
• 3 结合部空间有限元计算模型的建立
• 3.1 建模
• 3.1.1 分析范围的确定
• 3.1.2 预应力钢筋的实现
• 3.1.3 计算假定及图式
• 3.1.4 有限元模型的单元和节点划分
• 3.2 空间有限元模型的单元类型
• 3.2.1 空间板壳单元
• 3.2.2 实体单元
• 3.3 空间有限元模型的材料属性
• 3.4 空间有限元模型的边界条件
• 4 结合部空间应力分析与比较
• 4.1 各工况六个模型截面正应力比较
• 4.2 模型1、2、3之间的比较
• 4.3 模型1、4、5之间的比较
• 4.4 模型3、5、6之间的比较
• 5 结论
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 尚待探讨的几点
• 6 钢管混凝土拱桥的顶升改造
• 6.1 顶升技术简介及本章主要内容
• 6.2 工程背景
• 6.3 顶升改造设计说明
• 6.3.1 结构改造设计
• 6.3.2 改造施工流程
• 6.3.3 改造施工
• 6.3.4 顶升方法、步骤
• 6.4 顶升改造过程分析及实时监控
• 6.4.1 监控方案
• 6.4.2 有限元模型的建立
• 6.4.3 临时拉索的索力优化
• 6.4.4 临时索张拉阶段监控
• 6.4.5 拱脚切割阶段监控
• 6.4.6 放索阶段监控
• 6.5 顶升改造自振特性分析
• 6.5.1 改造前、后理论自振特性对比
• 6.5.2 改造后实测自振特性与理论结果对比
• 6.6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表论文与参与科研项目