CLT钢木组合桥面系研究

论文摘要

木材作为一种可再生的绿色环保建筑材料,具有良好的环境协调性,与传统的砖石材料、钢材和混凝土材料相比,木材具有生产所需的能源少、对生态环境影响小、再利用率高和可降解使用等特点,尤其当木材的采伐利用进入良性循环阶段后,木材的环保优势就更加突出。本文从探索新型轻质桥面结构形式,开发和推广环保材料的角度出发,提出一种基于cross-laminated technology （CLT）木板与钢梁组合的新型桥面系,并对其力学性能、连接方式以及初步应用进行了研究。本文的工作主要包括以下几个方面：（1）在阅读大量国内外木结构桥梁、木桥面板文献的基础上,总结了木结构桥面板的类型、特点及应用情况,分析了CLT板的结构形式以及CLT钢木组合的连接方式；（2）采用有限元分析软件ANSYS对CLT木桥面板进行了有限元模拟,并对不同叠合层数、不同边界条件、不同长宽比下的CLT板与未叠合的单向顺纹木板进行了比较,同时比较了不同规格材对CLT板静力性能的影响；（3）以实际工程为背景,对CLT钢木组合体系进行了工程试应用研究,从施工后期运营及维修加固等整个桥面板的全寿命期,与混凝土桥面板进行比较分析。本文的研究结果表明CLT钢木组合体系具有良好的双向力学性能,能大大降低桥面板的自重,提高桥梁的跨越能力。综合考虑桥面板全寿命过程——施工、运营维护及后期的维修加固,CLT钢木组合体系将具有很大的优势。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 木材的工程应用背景
• 1.1.2 桥面系的研究现状及存在问题
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 木结构及木桥面板的研究概况
• 1.2.2 钢木组合桥面系的研究现状
• 1.3 CLT钢木组合桥面系的应用前景
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 木结构桥面板的结构形式
• 2.1 概述
• 2.2 螺钉叠合木桥面板
• 2.2.1 纵向螺钉叠合木桥面板（LNL）
• 2.2.2 横向螺钉叠合木桥面板（TNL）
• 2.3 应力叠合木桥面板
• 2.3.1 纵向应力叠合木桥面板（LSL）
• 2.3.2 横向应力叠合木桥面板（TSL）
• 2.4 层板胶合木桥面板
• 2.5 木混组合结构桥面板
• 2.6 新型木桥面板
• 2.6.1 T型桥面板
• 2.6.2 箱形桥面板
• 2.7 木桥面板的新应用
• 2.8 各种木桥面板的比较
• 2.8.1 各种木桥面板优缺点分析
• 2.8.2 CLT桥面板的提出
• 2.9 小结
• 第三章 CLT钢木组合桥面系结构形式及连接方式
• 3.1 CLT板的截面构造形式
• 3.2 木结构的连接
• 3.2.1 齿连接
• 3.2.2 榫卯连接
• 3.2.3 齿板连接
• 3.2.4 螺栓连接和钉连接
• 3.3 钢木组合桥面系连接方式
• 3.3.1 钢木连接方式Ⅰ
• 3.3.2 钢木连接方式Ⅱ
• 3.3.3 钢木连接方式Ⅲ
• 3.4 CLT桥面板与钢梁连接方式
• 3.5 CLT板之间的连接
• 3.6 小结
• 第四章 CLT板力学性能分析
• 4.1 CLT板的材料—木材的特性
• 4.1.1 正交各向异性
• 4.1.2 木材的力学性能
• 4.2 CLT板的有限元模拟
• 4.2.1 各项异性的模拟
• 4.2.2 单元类型的选择
• 4.2.3 材料属性的定义
• 4.2.4 板间连接模拟
• 4.3 CLT板力学性能分析
• 4.3.1 不同CLT板叠合层数
• 4.3.2 不同边界条件影响
• 4.3.3 不同CLT板长宽比
• 4.3.4 不同规格材截面尺寸
• 4.4 CLT桥面板的简化设计计算方法
• 4.4.1 基本假定
• 4.4.2 弯矩计算
• 4.4.3 剪力的计算
• 4.5 小结
• 第五章 CLT钢木组合桥面系应用研究
• 5.1 依托工程背景
• 5.2 CLT木桥面板的初步设计
• 5.2.1 木材树种的选择
• 5.2.2 CLT桥面板截面设计
• 5.3 CLT桥面板的验算
• 5.3.1 边界条件
• 5.3.2 荷载的确定
• 5.3.3 有限元计算结果
• 5.4 木桥面板的经济性比较分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表论文和获奖情况
• 致谢