超大吨位球型支座的结构设计

论文摘要

支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件。它将桥梁上部结构的反力和变形(位移和转角)可靠地传递给桥梁下部结构。随着桥梁建设事业的迅猛发展,对桥梁支座的承载能力、对支座适应位移和转角的要求不断提高,因此需要探索和研制与之相适应的各种新型桥梁支座。重庆朝天门大桥采用的球型支座承受的力非常巨大(145 000kN),国内外均无定型产品,必须在结构上进行创新设计、分析和试验。论文在充分分析了国内外的发展动态和最新的研究成果的基础上,对常规球型支座的设计进行了分析,为了适应朝天门大桥的需求,必须对球型支座进行创新设计。从结构上对支座进行了创新设计,将支座中的球冠衬板的水平滑移面移到支座下方,并首次使用了导向结构。根据相似理论设计制作了模型支座并进行试验;试验表明:设计计算是正确的,从而为建立支座的分析模型和本构方程提供了可靠的依据。根据支座结构和传递竖向荷载和水平荷载的实际情况,建立了连同墩台在内的支座有限元模型,对支座进行了静态和动态的有限元分析,所建立的模型能比较真实反映支座结构的受力和变位情况。分析结果表明:作者设计的支座主要部件的应力和应变能满足设计要求和行业标准,主要受力部件应力分布均匀,支座使用安全可靠。新设计的球型支座即将用于重庆朝天门大桥。本论文的主要创新点和贡献如下:①由于重庆朝天门大桥采用的球型支座受力巨大,在深入分析和研究钢桁架结构支点受力影响的基础上,将常规的位移面上置改变为位移面下置,这种倒置换结构满足了设计要求。②由于横桥向的加大位移量和侧向滑板的横向尺寸的加大会对水平力传递和滑板承压产生不利影响,采用导向块结构降低了这种不利影响。③建立了球型支座与混凝土墩台的1/4组合有限元模型,该模型能够比较准确描述墩台对支座的影响。在有限元分析中,运用了接触方式(contact),更准确地描述支座结构之间的接触方式,仿真结果也更切合实际。本文力图从支座的结构、试验、有限元分析等方面对超大吨位球型支座进行合理的设计,为支座的设计、制作提供一条新的思路,并为今后修改制订国家技术标准提供依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 支座的发展概况
• 1.2 支座的作用与分类
• 1.3 支座的设计特点
• 1.4 本课题的来源
• 1.5 本论文的主要研究内容及目的意义
• 1.6 小结
• 2 常规球型支座的设计
• 2.1 桥梁的主要结构型式及对支座的影响
• 2.2 球型支座的构造原理
• 2.3 球型支座的设计
• 2.4 球型支座的有限元分析
• 2.5 常规设计的不足和局限性
• 2.6 小结
• 3 超大吨位球形支座结构创新设计
• 3.1 大桥概述
• 3.2 大桥对支座的要求
• 3.3 支座方案选择
• 3.4 支座功能介绍
• 3.5 支座主要结构性能特点
• 3.6 支座技术性能
• 3.7 支座关键技术参数的设计计算
• 3.8 小结
• 4 超大吨位球型支座的力学试验内容及研究目的
• 4.1 模型试验研究的基础及模型所用材料
• 4.2 支座模型试验的相似设计
• 4.3 支座模型的试验大纲
• 4.4 试验目的
• 4.5 试验结果
• 4.6 支座寿命评估
• 5 超大吨位球型支座的分析模型与本构方程
• 5.1 空间支座单元
• 5.2 点单元支座
• 5.3 动力响应分析方法
• 5.4 材料特性和分析方法
• 5.5 小结
• 6 支座有限元分析
• 6.1 ANSYS 在桥梁有限元分析中的应用
• 6.2 有限元模型的建立
• 6.3 试件有限元分析
• 6.4 超大吨位球型支座有限元静态分析
• 6.5 超大吨位球型支座有限元动态分析
• 6.6 小结
• 7 总结
• 7.1 选题
• 7.2 结论
• 7.3 展望
• 参考文献
• 附录