倾斜型预压式钢—混凝土结合段受力性能研究

论文摘要

钢—混凝土结合段作为钢—混凝土组合塔梁桥最重要的结构节点之一,它连接倾斜型钢塔和钢筋混凝土墩,其设计的合理性直接影响主塔和大桥结构安全和使用,因此对带倾角结合段的受力性能进行研究具有重要意义。本文以房山五渡桥工程—三角刚架悬吊连续组合梁桥中倾斜型预压式钢—混凝土结合段为工程背景,结合大型通用软件ANSYS对实桥钢—混凝土结合段进行有限元仿真分析,验证倾斜型预压式钢—混结合段在最不利作用组合下的安全性能,并进一步对钢—混结合段的受力性能进行参数分析,最终提出钢—混凝土结合段优化设计方案。论文分析结果表明：1、在使用荷载作用下,预压式钢—混凝土结合段使结构由传统的被动受力改为主动受力,避免了混凝土结合面上拉应力的产生,进而避免了混凝土的开裂。2、在1.2倍最大轴力作用效应组合、最大弯矩作用效应组合下,钢—混凝土结合段均没有出现任何异常,钢—混凝土结合段各构件应力符合设计要求,钢—混凝土结合段具有足够的安全储备。3、增大高强螺栓的预紧力对钢-混结合段钢结构的高应力向混凝土低应力的传递扩散作用并不显著,而是加大了其结合段的安全储备能力。4、适当增加钢箱内混凝土结构的体积配箍率、增大承压板厚度及布置范围、加密加劲肋布置均能有效地减小混凝土的横向变形并减小混凝土局部主拉应力和降低混凝土结构主压应力,有助于钢—混凝土结合段钢结构高应力向混凝土低应力流畅地传递、扩散。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢—混凝土复合结构概述
• 1.1.1 复合结构定义、组成及分类
• 1.1.2 复合结构的应用
• 1.2 钢—混凝土结合段混合结构在国内外桥梁中的应用现状
• 1.2.1 混合梁中钢—混凝土结合段
• 1.2.2 墩塔中的钢—混凝土结合段
• 1.2.3 钢箱拱中的钢—混凝土结合段
• 1.3 研究的工程背景及现实意义
• 1.4 主要研究内容
• 第二章 钢—混凝土结合段构造类型及传力机制
• 2.1 钢—混凝土结合段的构造类型
• 2.1.1 钢与混凝土的连接方式
• 2.1.2 不同连接方式的钢—混结合段
• 2.2 依托工程简介
• 2.2.1 主桥结构体系
• 2.2.2 刚架塔设计细节
• 2.2.3 倾斜型预压式钢—混结合段设计概述
• 2.3 钢—混凝土结合段传力机制
• 2.4 本章小结
• 第三章 钢—混凝土混合结构非线性分析基本理论
• 3.1 引言
• 3.2 非线性有限元分析方法概述
• 3.2.1 有限元法方程的建立—Lagrange法
• 3.2.2 大变形问题的增量解法—T.L.法
• 3.2.3 大变形问题的增量解法——U.L.法
• 3.3 非线性有限元求解
• 3.3.1 非线性问题分类
• 3.3.2 非线性问题在ANSYS中的求解
• 3.3.3 收敛标准
• 3.4 本章小结
• 第四章 钢—混凝土结合段受力性能分析
• 4.1 概述
• 4.2 有限单元介绍
• 4.2.1 SOLID65单元
• 4.2.2 SHELL93单元
• 4.2.3 LINK8单元
• 4.2.4 接触单元
• 4.3 材料本构关系及屈服准则
• 4.3.1 钢材本构关系及屈服准则
• 4.3.2 混凝土本构关系及屈服准则
• 4.4 钢—混凝土结合段有限元模型建立
• 4.5 钢—混凝土结合段有限元分析
• 4.5.1 最大轴力作用效应组合
• 4.5.2 最大弯矩作用效应组合
• 4.5.3 结合段破坏研究
• 4.6 结合段抗剪承载能力分析
• 4.6.1 螺栓连接件受力状态与破坏形态
• 4.6.2 结合段抗剪承载能力计算
• 4.7 本章小结
• 第五章 钢-混凝土结合段结构参数优化
• 5.1 概述
• 5.2 钢-混结合段参数选取
• 5.2.1 参数
• 5.2.2 参数有效性
• 5.3 钢-混结合段参数优化
• 5.3.1 混凝土结构配箍率
• 5.3.2 承压板尺寸
• 5.3.3 加劲肋布置间距
• 5.3.4 高强螺栓预紧力
• 5.4 钢-混结合段优化方案
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 1 结论
• 2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢