大跨径悬索桥与斜拉桥钢桥面铺装在竖向荷载静力作用下力学特性研究

论文题目: 大跨径悬索桥与斜拉桥钢桥面铺装在竖向荷载静力作用下力学特性研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 道路与铁道工程

作者: 杜昕

导师: 丁建明

关键词: 桥面铺装,整桥变形,正交异性板模型,拉应力

文献来源: 东南大学

发表年度: 2005

论文摘要: 纵观国内外钢桥面铺装研究成果,不难发现人们往往注重桥面铺装局部破坏的研究,一般采用正交异性板局部模型分析其力学特性。而通过正交异性板模拟出的铺装层破坏规律,无法反应出大跨径缆索支承桥桥型对铺装层的受力影响。大跨径钢桥桥面铺装的病害不仅直接受桥面系结构的影响,与桥梁结构也紧密相关,目前国内外尚无相关文献能很好的说明这个问题,整桥结构的力学性能对桥面铺装的受力影响的研究尚属空白阶段。本文结合润扬长江公路大桥南汊悬索桥与北汊斜拉桥的桥梁结构,应用有限元数值模拟计算技术,对其整桥进行力学计算,进而分析铺装层的受力特点,研究了竖向荷载静力作用下整桥力学性能对桥面铺装拉应力的影响。论文采用整体-局部的层次分析法,研究大跨径悬索桥和斜拉桥桥梁整体变形对桥面铺装层受力的影响。首先分析了缆索支承桥中两种典型的桥型:悬索桥和斜拉桥的结构特点,并总结了这两种桥型在竖向静荷载作用下主梁的力学特点;接着探讨了以往桥面铺装力学模型的不足,提出了一种整体-局部模型的分析方法,详细阐述从简单的整桥模型一步步细化到桥面铺装有限元模型的方法,从而在桥面铺装力学分析时,可以充分反映出整桥结构力学特点对桥面铺装的影响,并通过实桥的计算,验证了该方法的可靠性。论文以润扬长江公路大桥为工程背景,研究了悬索桥与斜拉桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学特点,研究表明:悬索桥钢桥面铺装在竖向荷载静力作用下,受主梁变形影响,活载挠度增大,其纵向拉应力和横向拉应力均有所增加;对于斜拉桥,跨中斜拉索水平分力对主梁产生的轴向拉力,增加了桥面铺装的纵向拉应力,非跨中部分斜拉索水平分力对主梁产生的轴向压力,削减了该处桥面铺装的纵向拉应力,而这种斜拉索的水平分力对桥面铺装的横向拉应力并无有规律的影响。在竖向静荷载作用下,悬索桥和斜拉桥桥面铺装横向拉应力均明显大于纵向拉应力,因此其破坏现象仍是以纵向开裂为主。对细部模型的有限元分析分析结果进行比较,还可以发现竖向静荷载作用下南汊悬索桥桥面铺装最大纵向拉应力明显小于北汊斜拉桥桥面铺装最大纵向拉应力,因此预测润扬长江公路大桥北汊斜拉桥桥面铺装的横向开裂较南汊悬索桥面铺装的横向开裂出现得早。分析研究结果,论文得出以下结论:大跨径悬索桥和斜拉桥在竖向荷载静力作用下的整桥变形对桥面铺装的力学控制指标——拉应力有着明显影响,因此研究此类桥梁桥面铺装时,必须从整桥力学环境去考虑。在竖向荷载静力作用下,悬索桥桥面铺装的不利截面在主梁弯矩最大处,斜拉桥桥面铺装的不利截面出现在跨中,建议进行桥面铺装力学指标研究时,针对不同桥型,选择不同控制截面建立计算模型,其结果将比单纯用正交异性板局部模型计算出的结果更加贴近实际。

论文目录:

摘要

abstract

第1章 绪论

1.1 问题的提出

1.2 钢桥面铺装国内外研究概况

1.2.1 概述

1.2.2 铺装材料研究

1.2.3 正交异性钢桥面板力学特性的研究

1.2.4 钢桥面铺装体系研究

1.3 本论文研究的主要内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 工程背景

1.3.3 技术路线

参考文献

第2章 悬索桥、斜拉桥结构分析

2.1 悬索桥的结构

2.2 悬索桥结构计算基本理论

2.3 斜拉桥的结构

2.4 斜拉桥结构计算基本理论

2.5 大跨径悬索桥中存在的特殊力学问题

2.6 大跨径斜拉桥中存在的特殊力学问题

2.7 悬索桥、斜拉桥优缺点对比

2.8 润扬长江公路大桥主桥结构解析

2.8.1 南汊悬索桥结构解析

2.8.2 北汊斜拉桥结构解析

参考文献

第3章 三维整桥有限元建模与分析

3.1 有限元法概述

3.2 MIDAS/Civil 土木结构专用结构分析软件

3.2.1 概述

3.2.2 单元的选择

3.2.3 单元刚度数据

3.2.4 边界条件

3.3 南汊悬索桥三维整桥分析模型

3.4 北汊斜拉桥三维整桥分析模型

3.5 分析模型的荷载条件

3.6 整桥模型分析结果

3.6.1 南汊悬索桥整桥力学分析

3.6.2 北汊斜拉桥整桥力学分析

参考文献

第4章 局部梁段有限元建模与分析

4.1 概述

4.2 单元的选择

4.3 计算参数与分析模型

4.4 分析模型的荷载条件

4.5 局部梁段模型力学分析结果

参考文献

第5章 正交异性板钢桥面铺装层受力分析

5.1 概述

5.2 单元的选择

5.3 局部正交异性板模型有限元分析

5.3.1 局部正交异性板计算模型

5.3.2 局部正交异性板模型分析结果

5.4 正交异性板钢桥面铺装分析

参考文献

第6章 总结与展望

6.1 论文主要研究工作

6.2 有待进一步研究的工作

6.3 今后的研究方向

致谢

作者简介

发布时间: 2007-06-11

参考文献

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