曲线梁桥的受力性能分析与支承优化设计

论文摘要

曲线梁桥以其线型灵活、外型美观、展线长度短、行车条件好等诸多的优点而成为现代交通工程中的一种必不可少的重要桥型。曲线梁桥已被广泛的用于城市立交桥、高速公路立交桥、大桥引道以及山区公路。为了满足我国日益增大的交通需求,必然还会有越来越多的曲线梁桥被建造起来。然而近年来,我国的曲线梁桥工程事故常有发生,并且我国现在还没有曲线梁桥设计的相关规范。因此,需要对曲线梁桥作进一步的研究。鉴于此,本文做了如下的工作：1)介绍了曲线梁桥的温度梯度模式。从保证曲线梁桥在温度梯度作用下的安全性角度出发,建议在计算曲线梁桥的温度梯度效应的同时考虑曲线梁桥的竖向温度梯度和横向温度梯度。2)运用有限元法对不同的支承体系的曲线梁桥在各种静力荷载作用下的受力情况作了分析。通过分析发现,由于曲线梁桥特有的“弯扭耦合”效应,曲线梁桥在竖向荷载、预应力荷载以及竖向温度梯度作用下会产生很大的扭矩,并且这三种荷载所产生的扭矩在同一数量级上。抗扭墩的支座由于抵抗曲线梁桥的扭矩容易导致其内侧支座出现负反力的情况,进而酿成支座托空的工程事故。在整体升温和横向温度梯度作用下会曲线梁桥支座会产生较大水平剪力。最后还发现全抗扭支座布设方案并非曲线梁桥最好的支座布设方案,确定适当的抗扭跨径并对点铰支座设置预偏心更有利于曲线梁桥的受力。3)对曲线梁桥支座偏心优化设计进行了探讨。引入了Powell快速算法计算点铰支座的最优偏心值,并提出了一种计算抗扭支座偏心值的方法。最后作者用C#语言编制了计算支座偏心值的程序,具有一定的工程实用价值。4)用振型分解应谱法对曲线梁桥进行了抗震分析。研究表明,在地震作用下,曲线梁桥上部结构的内力和竖向支座反力比直线桥的小,而曲线梁桥支座的水平剪力却比直线桥的大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 曲线梁桥的应用概况
• 1.2 曲线梁桥工程事故概况
• 1.3 曲线梁桥研究概况
• 1.3.1 曲线梁桥计算理论发展概况
• 1.3.2 曲线梁桥支承布设研究概况
• 1.3.3 曲线梁桥抗震分析发展概况
• 1.4 曲线梁桥分析存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 2 曲线梁桥的温度梯度模式
• 2.1 曲线梁桥温度梯度的研究概况
• 2.1.1 曲线梁桥温度梯度的主要研究方法
• 2.1.2 国内外研究概况
• 2.2 各国规范中的温度梯度模式
• 2.2.1 我国铁路桥涵设计规范对温度梯度的规定
• 2.2.2 我国公路桥涵设计规范对温度梯度的规定
• 2.2.3 美国AASHTO规范对温度梯度的规定
• 2.2.4 英国BS5400规范对温度梯度的规定
• 2.2.5 新西兰桥梁规范对温度梯度的规定
• 2.2.6 其它国家桥梁规范对温度梯度的规定
• 2.2.7 各国规范中的温度梯度模式总结
• 2.3 曲线梁桥的环内外温差
• 2.4 一种适用曲线梁桥的温度梯度模式
• 3 曲线梁桥在各种支承体系下的受力特性
• 3.1 曲线梁桥的静力荷载
• 3.1.1 自重偏心的计算
• 3.1.2 一种新的计算预应力的方法
• 3.2 全抗扭支承体系下曲线梁桥的受力特性
• 3.2.1 竖弯弯矩
• 3.2.2 平弯弯矩
• 3.2.3 扭矩
• 3.2.4 竖向剪力
• 3.2.5 支座反力
• 3.3 中间墩点铰支承体系下曲线梁桥的受力特性
• 3.3.1 竖弯弯矩
• 3.3.2 平弯弯矩
• 3.3.3 扭矩
• 3.3.4 竖向剪力
• 3.3.5 支座反力
• 3.4 中间墩点铰支座与抗扭支座交替布设支承曲线梁桥的受力特性
• 3.4.1 竖弯弯矩、扭矩及竖向剪力
• 3.4.2 平弯弯矩
• 3.4.3 支座反力
• 3.5 本章小节
• 4 曲线梁桥支座偏心的优化设计
• 4.1 点铰支座偏心对曲线梁桥内力的影响
• 4.1.1 竖弯弯矩
• 4.1.2 平弯弯矩
• 4.1.3 竖向剪力
• 4.1.4 梁的扭矩
• 4.1.5 支座反力
• 4.2 基于Powell算法的点铰支座偏心的优化设计
• 4.2.1 求点铰支座偏心的传统方法
• 4.2.2 Powell算法简介
• 4.2.3 基于Powell算法的点铰支座偏心优化设计的实现
• 4.2.4 点铰支座偏心优化设计算例
• 4.3 抗扭支座的偏心设计
• 4.4 本章小结
• 5 曲线梁桥抗震分析
• 5.1 曲线梁桥模态分析
• 5.1.1 模态分析简介
• 5.1.2 曲线梁桥的模态分析
• 5.2 曲线梁桥反应谱分析
• 5.2.1 反应谱分析简介
• 5.2.2 曲线梁桥反应谱分析
• 5.3 本章小节
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢