空间梁拱组合桥承载性能与支座节点试验研究

论文摘要

空间梁拱组合桥是空间结构应用于桥梁的一种新形式,它取拱桥、梁桥之长,避二者之短,造型多变,受力性能优越。由于这种组合体系桥大多为钢结构或钢管混凝土结构,承载性能好,恒载大幅减轻,因此结构本身的稳定性及在车辆、地震等动力荷载作用下的振动问题尤其值得重视。空间梁拱组合桥造型奇特,相应的对支座节点受力产生了特殊要求,导致有些支座需要承担轴向拉伸荷载,有些需要承受巨大的水平荷载。对于这类支座,应进行专门的试验分析。此外,支座的位移会改变结构原有的内力状态,影响结构的承载性能,有必要研究结构在支座位移下承载性能的变化。针对上述问题,本课题以一座空间梁拱组合钢桥——天津海河蚌埠桥为分析对象,利用有限元分析方法对空间梁拱组合钢桥上部结构的静动力性能、整体稳定性进行研究。此外,通过原型试验测试了两个大吨位支座(一个为压剪、拉剪支座,另一个为压剪支座)及其连接构造的整体力学性能。本课题主要研究内容如下:①利用有限元软件,以天津海河蚌埠桥为例,分析了空间梁拱组合桥的静动力性能,比较了单向、多向反应谱分析和时程分析的结果;②利用ANSYS对空间梁拱组合桥进行了极限承载力分析,分析了非线性因素(几何非线性和材料非线性)、工况因素、风荷载对该桥稳定性的影响;③对一个大吨位拉压支座——天津海河蚌埠桥1#、6#墩支座二进行了足尺模型试验研究,通过施加拉剪荷载和压剪荷载,测试了支座节点的整体力学性能,根据相关标准对设计的安全性进行了评估;④采用普通千斤顶和预应力方式组合加载的试验方案,对一个大吨位压剪支座——天津海河蚌埠桥2#、5#墩支座三进行了足尺模型试验研究,得到了支座竖向压缩变形、支座盆环径向变形等随加载历程而变化的规律。⑤计算了支座位移对桥梁静力承载性能的影响,分析了考虑支座位移后桥梁稳定性的变化,讨论了不同支座位移条件下的极限承载力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 选题的背景及意义
• 1.3 文献综述
• 1.3.1 空间结构的发展概况
• 1.3.2 拱桥的发展概况
• 1.3.3 空间梁拱组合桥的发展概况
• 1.3.4 空间梁拱组合桥的动力性能研究概况
• 1.3.5 空间梁拱组合桥的稳定性研究概况
• 1.3.6 盆式橡胶支座研究概况
• 1.4 研究内容及论文结构安排
• 第2章 空间梁拱组合桥上部结构的静动力分析
• 2.1 工程概况
• 2.1.1 上部结构
• 2.1.2 下部结构
• 2.2 有限元模型介绍
• 2.3 静力承载性能分析
• 2.3.1 分析方法
• 2.3.2 线性分析结果
• 2.3.3 非线性分析结果
• 2.3.4 计算结论
• 2.4 空间梁拱组合桥动力特性分析
• 2.5 空间梁拱组合桥反应谱分析
• 2.6 空间梁拱组合桥时程分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 空间梁拱组合桥上部结构的稳定性分析
• 3.1 研究背景
• 3.2 分析方法
• 3.2.1 解析方法
• 3.2.2 有限元方法
• 3.2.3 规范方法
• 3.3 稳定性分析
• 3.3.1 特征值失稳分析结果
• 3.3.2 考虑材料非线性稳定性分析结果
• 3.3.3 考虑双重非线性稳定性分析结果
• 3.4 本章小结
• 第4章 大吨位拉压支座的试验研究
• 4.1 试验背景及试验目的
• 4.1.1 试验背景
• 4.1.2 试验目的
• 4.2 试验模型及试验装置设计
• 4.2.1 试验模型
• 4.2.2 试验装置设计
• 4.3 试验控制技术
• 4.3.1 试验工况和加载方法
• 4.3.2 量测项目及测点布置
• 4.3.3 试验检测设备
• 4.4 试验过程及结果
• 4.4.1 试验过程
• 4.4.2 拉剪试验结果
• 4.4.3 压剪试验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 大吨位压剪支座的试验研究
• 5.1 试验背景及试验目的
• 5.1.1 试验背景
• 5.1.2 试验目的
• 5.2 试验模型及试验装置设计
• 5.2.1 试验模型
• 5.2.2 试验装置设计
• 5.3 试验控制技术
• 5.3.1 试验工况和加载方法
• 5.3.2 量测项目及测点布置
• 5.3.3 试验检测设备
• 5.4 试验过程及结果
• 5.4.1 试验过程
• 5.4.2 双向同步加载试验结果
• 5.4.3 非同步加载试验结果
• 5.5 压剪支座及锚固的有限元分析
• 5.5.1 有限元模型及参数选择
• 5.5.2 计算结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 支座位移对空间梁拱组合桥上部结构
• 6.1 分析方法
• 6.2 竖向位移的影响分析
• 6.2.1 静力承载性能分析
• 6.2.2 稳定性分析
• 6.3 水平位移的影响分析
• 6.3.1 静力承载性能分析
• 6.3.2 稳定性分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果