钢桥塔及组合桥塔设计方法与受力性能试验研究

论文摘要

钢桥塔在国外的应用较早,我国出于本国国情,在钢桥塔的应用上起步较晚；组合桥塔是随着组合结构的发展产生的,由于组合结构发展时间较短,国内外组合桥塔的实际工程和相关研究均不多。随着我国经济建设的发展,对大跨径桥梁和新型结构桥梁的需求越来越多,钢桥塔和组合桥塔必将被广泛应用于工程实际。然而,我国目前的相关设计规范中还没有专门针对钢桥塔和组合桥塔的条文,相关研究也较少,国外规范可供参考的条款也不多,为钢桥塔和组合桥塔的设计与施工带来了一定的困难。鉴于此,本文针对钢桥塔的构造设计和数值分析方法进行了系统的研究和总结,并进行了钢—高性能混凝土组合桥塔的轴心受压模型试验和数值模拟,得到了组合桥塔的轴心受压破坏模式和受力特征,可为钢桥塔及组合桥塔的受力性能研究和工程设计提供参考。本文的主要研究工作如下：1.分析总结了钢桥塔及组合桥塔在国内外的发展历史、应用现状以及研究概况,针对钢桥塔及组合桥塔的结构形式和特点,提出了本文的主要研究内容。2.结合试验设备、试验目的等多方面的因素,设计具有典型构造型式的钢—高性能混凝土组合桥塔节段模型,进行轴心受压试验,并得到模型破坏时的极限承载力。3.根据组合桥塔节段模型在破坏前后的变形和应变规律,进而得到组合桥塔轴心受压的受力特征和破坏机理。4.利用有限元软件对组合桥塔节段模型建立三维有限元模型,计入结构材料非线性,进行极限承载力计算,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,并对组合桥塔的设计方法提出相应建议。结果表明,组合桥塔的承载能力高于钢桥塔或混凝土桥塔；组合桥塔钢壁板对核心混凝土的约束作用在四个角点位置最强,壁板宽度中心线位置最弱,可通过沿壁板宽度设置纵向加劲肋提高壁板对混凝土的约束作用；可通过在壁板上设置剪力钉或在肋板上设置PBL剪力键提高组合桥塔的承载能力。5.总结资助项目的前期工作成果,并参考国内外相关资料,提出钢桥塔设计方法,为钢桥塔的设计指南与设计规范的编制提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢桥塔的发展概况
• 1.2 钢桥塔的受力特性、设计方法的国内外研究现状
• 1.2.1 受力特性
• 1.2.2 设计方法
• 1.3 钢—混凝土组合桥塔的研究现状
• 1.4 本文主要研究内容及研究方法
• 第二章 钢—高性能混凝土组合桥塔承载能力试验研究
• 2.1 试验概况
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试件的设计加工
• 2.2.2 试验设备及器材
• 2.2.3 测点布置
• 2.2.4 加载方案
• 2.2.5 试验过程
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 荷载—轴向应变曲线
• 2.3.2 荷载—横向应变曲线
• 2.3.3 应变分布
• 2.3.4 荷载—轴向变形
• 2.3.5 荷载—侧向变形
• 2.3.6 承载力计算
• 2.4 本章小结
• 第三章 钢—高性能混凝土组合桥塔承载能力数值分析
• 3.1 基于有限元方法的数值分析
• 3.1.1 材料非线性问题
• 3.1.2 单元的选择
• 3.1.3 材料本构关系及单元参数选取
• 3.1.4 有限元模型的建立及约束加载
• 3.2 计算结果与实验结果的对比分析
• 3.2.1 极限承载力
• 3.2.2 荷载—轴向应变分析
• 3.2.3 荷载—横向应变分析
• 3.2.4 荷载—侧向变形分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 钢桥塔设计方法与受力性能研究
• 4.1 钢桥塔塔形力学特性分析及结构形式的选择
• 4.1.1 钢桥塔塔形力学特性分析
• 4.1.2 斜拉桥钢桥塔结构形式的选择
• 4.1.3 悬索桥钢桥塔结构形式的选择
• 4.2 钢桥塔整体稳定性能分析
• 4.2.1 稳定问题的分类
• 4.2.2 稳定问题的计算方法
• 4.2.3 稳定问题的有限元原理
• 4.3 钢桥塔壁板及加劲肋的设计和局部稳定分析
• 4.3.1 防止局部失稳的有关规定
• 4.3.2 钢桥塔局部稳定问题的分析原则
• 4.3.3 钢桥塔壁板稳定的数值模拟
• 4.3.4 钢桥塔加劲肋局部稳定分析
• 4.4 钢桥塔横隔板构造设计
• 4.4.1 横隔板间距对钢桥塔第一类稳定分析的影响
• 4.4.2 横隔板厚度对钢桥塔第一类稳定分析的影响
• 4.5 钢桥塔与基础的连接构造与分析
• 4.5.1 钢桥塔与基础的连接形式
• 4.5.2 不同连接形式的力学性能比较
• 4.5.3 连接方式的选择
• 4.6 钢桥塔抗风、抗震分析
• 4.6.1 抗风设计与计算
• 4.6.2 抗震分析
• 4.7 本章小结
• 结语
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢