大跨度三主桁高速铁路桥梁静力特性分析

论文摘要

内力横向分配问题是三主桁高速铁路桥梁静力特性研究的重点之一,优化分析方法是提高大跨度三主桁桥梁的静力分析效率的有效途径。本文从以下几个方面对此进行了研究,并取得了一些成果:（1）内力横向分配用框架分析法,推导了两桁式桁架桥的竖向位移差计算公式,建议参考单箱双室、单室箱梁桥分别计算三桁式桁架桥在偏载和满载下的位移差。三主桁桥梁的内力横向分配比两主桁桥梁要复杂得多,其横向刚度的影响因素也多。有限元分析结果表明,三片式桁拱桥的内力横向分配和位移协调主要靠横向联接系的刚度来保证,而保证横梁刚结对于横向联接系的横向刚度至关重要。桁拱桥也可通过调节吊杆的拉力来使桁间位移进一步协调。索力对于保证三主桁斜拉桥的桁间位移协调起关键作用。可以通过索力函数法和框架分析法得到桥梁的最优索力,使得各工况作用下桥梁的最大横向扭转角均满足要求。（2）五跨连续梁模型对于120m+5×168m+120m的七跨连续梁,虽然其跨度差超过28%,但是计算结果表明这种七跨结构可以采用五跨（120m+3×168m+120m）连续梁模型来分析,这样可减少分析问题的规模。（3）桥面板分析对于带纵梁的开口肋桥面板,利用板单元、梁单元以及粗糙梁单元三种模型计算得到的桥面主桁弦杆受力很接近,且桥面板的应力数值和分布也几乎相同,所以可以用子模型方法分析这种桥面板。而对于带大闭口肋的桥面板,按板单元以及梁单元两种模型分析的结果相差较大,故不宜用子模型分析这种桥面板,需用板单元忠实建模,对于重复部分,可以用子结构有限元法分析。（4）空间分析模型从能量角度出发,研究了三主桁桥的弯矩功和轴力功的比率关系,计算结果表明大多数杆件的弯矩功可以忽略,即大多数杆件可以用杆单元而不用梁单元来分析,这样可以大量减少模型的总自由度数,缩短计算时间。（5）计算结果的整理研究了铁路桥梁影响线的计算结果快速整理方法,给出了自动生成结果报表的方法,减少了人工劳动,提高了工作效率。（6）基础分析用轴对称有限元法求解地基基本解,然后用半解析半数值法分析基础,具有极高的分析效率。由于轴对称有限元法是二维算法,兼有数值方法的优点,且可利用现有的商业有限元软件平台,故非常适合求解层状地基的基本解。本文的研究成果可以作为南京大胜关长江大桥和郑州黄河公铁两用大桥的设计依据,也可作为类似三主桁桥梁研究的参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国外大跨度高速铁路桥梁发展概况
• 1.3 国内大跨度铁路桁梁桥发展概况
• 1.4 钢桁梁桥静力分析研究现状
• 1.5 桥梁横向刚度研究现状
• 1.6 本文的主要研究内容
• 2 三主桁内力分配机理
• 2.1 偏载作用下竖向位移差分析
• 2.2 两座桥的总体设计
• 2.3 大胜关桥内力横向分配机理
• 2.4 郑黄桥优化索力分析
• 2.5 本章小结
• 3 大跨度三主桁桥梁优化分析方法
• 3.1 桥梁的有限元计算
• 3.2 五跨连续梁模型
• 3.3 两种桥面板
• 3.4 三主桁桥的空间分析模型
• 3.5 计算结果整理
• 3.6 半解析半数值法分析高承台桩基础
• 3.7 本章小结
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录
• 附录2 攻读博士学位期间参加的科研