板桁体系结合梁斜拉桥受力性能分析

论文摘要

闵浦大桥边跨是由外包混凝土的型钢弦杆主梁、钢竖腹杆、钢斜腹杆、钢斜撑杆、预应力混凝土横梁与混凝土桥面板形成一体,构成了一种新颖的板桁结构体系—复合结构桁架体系。这种结构体系在国内外还未见到应用报道,也无设计标准可供参考,桥梁工作者急需全面了解其特性。本文以上海闵浦大桥为研究背景,运用通用有限元分析程序ANSYS,分别建立整体有限元模型、节段梁有限元模型和边跨下弦节点有限元模型,进行受力分析,并针对节点受力设计了试验方案。有限元分析结果表明:钢结构上、下弦杆和斜撑应力水平较低,竖腹杆和斜腹杆应力水平较高,最大应力出现在与墩顶杆件相邻杆件内,节段梁混凝土应力分布较为均匀,桁架杆件与混凝土交界面处出现应力集中现象。节点板应力在竖腹杆与斜腹杆夹角板边缘处较大,竖腹杆、斜腹杆、斜撑应力状态不均匀,钢杆件存在较大的弯矩。由焊钉受力的计算结果可以分析得到,节点板上焊钉受力不均,焊钉受力较大的位置集中在主要传力方向前三排位置。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 斜拉桥的发展和历史
• 1.1.1 斜拉桥的历史
• 1.1.2 国外斜拉桥发展现状
• 1.1.3 国内斜拉桥发展现状
• 1.1.4 斜拉桥发展的原因
• 1.2 结合梁斜拉桥综述
• 1.2.1 概述
• 1.2.2 结合梁斜拉桥的分类
• 1.2.3 结合梁斜拉桥的发展历程
• 1.2.4 结合梁斜拉桥的特点
• 1.3 本文的工程背景
• 1.4 本文研究的意义和主要内容
• 1.4.1 本文研究的意义
• 1.4.2 本文研究的内容
• 第2章 斜拉桥结构有限元分析基本理论
• 2.1 桥梁结构的数值分析方法
• 2.1.1 概述
• 2.1.2 桥梁结构建模与离散
• 2.1.3 材料和截面特性的描述
• 2.1.4 边界条件的模拟
• 2.1.5 荷载的模拟
• 2.2 斜拉桥有限位移理论
• 2.2.1 桥梁结构几何非线性计算理论
• 2.2.2 斜拉桥有限位移理论分析
• 2.3 桥梁结构几何非线性分析的有限元法
• 2.3.1 变形体的运动描述
• 2.3.2 总体拉格朗日列式法（T.L列式法）
• 2.3.3 更新的拉格朗日列式法（U.L 列式法）
• 2.4 非线性方程的求解
• 2.4.1 求解方法简介
• 2.4.2 直接求解法
• 2.4.3 增量法
• 2.4.4 Newton-Raphson法
• 2.4.5 收敛准则
• 2.5 本章小结
• 第3章 闵浦大桥整体受力性能分析
• 3.1 闵浦大桥结构简介
• 3.1.1 结构概述
• 3.1.2 边跨主梁结构
• 3.1.3 中跨主梁结构
• 3.1.4 桥塔和斜拉索结构
• 3.1.5 边墩、辅助墩结构
• 3.2 整体模型有限元分析
• 3.2.1 材料属性和有限元模型所采用单元简介
• 3.2.2 荷载与约束条件
• 3.2.3 整体有限元模型
• 3.2.4 整体有限元模型受力分析
• 3.3 节段梁模型有限元分析
• 3.3.1 材料属性和有限元模型所采用单元
• 3.3.2 荷载与约束条件
• 3.3.3 节段梁有限元模型
• 3.3.4 节段梁恒载及施工荷载作用分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 闵浦大桥节点受力性能分析
• 4.1 概述
• 4.2 节点有限元模型的建立
• 4.2.1 材料属性和有限元模型所采用单元简介
• 4.2.2 节点位置及受力大小
• 4.2.3 节点有限元模型
• 4.3 节点受力性能分析
• 4.3.1 钢结构受力性能分析
• 4.3.2 混凝土受力性能分析
• 4.3.3 焊钉受力性能分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 闵浦大桥节点模型试验设计
• 5.1 试验设计
• 5.1.1 试验目的及试件模型选取依据
• 5.1.2 试件构造及试验加载方案
• 5.1.3 试验测试方案
• 5.2 节点试验模型的建立
• 5.3 节点试验模型在1.0倍设计荷载下受力分析
• 5.3.1 钢结构受力性能分析
• 5.3.2 混凝土受力性能分析
• 5.3.3 焊钉受力性能分析
• 5.4 节点试验模型在1.7倍设计荷载下受力分析
• 5.4.1 钢结构受力性能分析
• 5.4.2 混凝土受力性能分析
• 5.4.3 焊钉受力性能分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果
• 致谢