高速铁路正交异性整体钢桥面试验研究

论文摘要

正交异性整体钢桥面因具有自重轻、整体性好、易于加工制造和安装等诸多优点而被越来越多地运用到特大跨度高速铁路桥梁中。本文在铁道部科技研究开发计划课题《客运专线桥梁设计技术研究——客运专线桥梁正交异性板整体钢桥面系技术研究》（合同编号2008G007-B）的资助下,以正在设计中的安庆铁路长江大桥为背景,采用模型试验和有限元分析相结合的方法,对不同结构构造、不同结构形式的正交异性钢桥面的受力性能作了较为系统的研究。完成的主要工作如下：1、设计、制作了一个1：4三节间正交异性整体钢桥面节段模型。研究了各种荷载的模拟方法：用张拉体外预应力钢束来模拟斜拉索水平分力的作用,用弹性支承梁来模拟斜拉索竖向分力的作用；以多点集中力等效地代替桥面分布荷载。2、采用ANSYS对节段模型全部采用板壳元建立了精细的空间有限元模型,对各工况作了空间有限元分析,研究了各工况作用下正交异性板整体钢桥面的变形和受力状态。3、完成了各种工况下的模型试验,各种工况下实测挠度和应力与精细的有限元分析结果吻合,说明正交异性整体钢桥面全部采用板壳元的精细有限元分析是可行的。4、研究了节段模型桥面系在“第一系统”作用下的受力状态。结果表明：“第一系统”作用下,正交异性整体钢桥面结构的横梁有一定的面外弯曲,桥面板有剪切滞后现象。5、每一根斜拉索对桥面系的竖向作用相当于一个弹性支承。桥面竖向荷载作用下,桥面系竖向位移可分为两部分,一部分为索塔变形引起的锚固点（节点横梁）的竖向位移,另一部分为钢桥面相对于锚固点的竖向位移。前者取决于索塔的刚度,后者取决于桥面系的刚度。6、对正交异性整体钢桥面轨下设置纵梁与否作了对比研究。结果表明：在桥面竖向均布荷载和偏载作用下,纵梁的设置均能减小钢桥面的位移和应力。7、对比研究了闭口肋和开口肋正交异性板整体钢桥面受力性能。结果表明：当闭口U肋和开口L肋竖向刚度相等时,在桥面荷载作用下,U肋和L肋加劲的正交异性钢桥面的受力性能差别不大,U肋的略好于L肋的。本文的研究成果为安庆铁路长江大桥正交异性钢桥面板的设计提供依据,对其他同类桥梁的设计也有参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 正交异性整体钢桥面在高速铁路桥梁上的应用和发展
• 1.1.1 正交异性整体钢桥面在国外高速铁路桥梁上的应用和发展
• 1.1.2 正交异性整体钢桥面在国内高速铁路桥梁上的应用和发展
• 1.2 正交异性钢桥面的构造及在国内外的研究现状
• 1.2.1 正交异性钢桥面的构造
• 1.2.2 正交异性钢桥面板在国内外的研究现状
• 1.3 本文的工程背景
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 模型的设计、制作及试验方案
• 2.1 引言
• 2.2 模型试验研究的目的
• 2.3 试验方法的模拟
• 2.3.1 第一系统作用的模拟
• 2.3.2 桥面荷载作用的模拟
• 2.4 模型设计、制作
• 2.4.1 模型的设计
• 2.4.2 模型的制作
• 2.5 试验过程、加载工况和加载装置
• 2.5.1 模型结构形式简介
• 2.5.2 试验过程
• 2.5.3 第一阶段的试验工况
• 2.5.4 第二阶段的试验工况
• 2.5.5 加载装置
• 2.6 测试内容
• 2.7 本章小结
• 第三章 试验模型的有限元分析
• 3.1 试验模型的有限元分析
• 3.1.1 单元类型的选取
• 3.1.2 边界条件的模拟
• 3.1.3 材料特性的确定
• 3.2 有限元计算结果分析
• 3.2.1 工况1计算结果分析
• 3.2.2 工况4计算结果分析
• 3.2.3 工况5计算结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 模型试验及结果分析
• 4.1 试验概况
• 4.2 第一系统作用下试验结果分析
• 4.2.1 位移
• 4.2.2 应力
• 4.3 桥面荷载作用下试验结果分析
• 4.3.1 位移
• 4.3.2 应力
• 4.4 轨下设置纵梁与否试验结果分析
• 4.4.1 位移
• 4.4.2 应力
• 4.5 闭口肋和开口肋试验结果分析
• 4.5.1 位移
• 4.5.2 应力
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文及主要的科研情况