山区新型悬索桥加劲梁关键技术研究

论文摘要

在西部山区通乡通村公路的桥梁建设中,由于资金投入有限,对于跨越较宽阔的河流时,选择浅加劲梁悬索桥型是较为经济的,但传统技术的浅加劲梁悬索桥造价对于经济较为落后的山区农村来说仍显得过高,如何从技术上提高浅加劲梁悬索桥的安全性和稳定性,并且降低后期维护费用,对于山区桥梁建设具有重要意义。本文研究一种新型的悬索桥加劲梁技术,目的是通过研究使其技术上更趋优越,性能更可靠。新型加劲梁悬索桥采用了蜂窝型加劲梁组合结构,在轻荷载大跨径悬索桥中有较明显的结构稳定性优势。本文采用理论分析、试验研究和数值模拟相结合的方法,对蜂窝型加劲梁组合结构的力学性能和破坏特征进行了深入的分析研究。主要研究内容如下：首先,介绍了蜂窝梁的构造特点、经济性能、计算理论和破坏形态,研究了六边形孔蜂窝梁加载时应力变化情况以及开孔率对六边形孔蜂窝梁应力分布的影响,同时还简要介绍了组合梁结构的力学性能。其次,根据力学原理对新型组合梁截面的传力途径和受力机理做了定性分析,指明了新型组合结构的传力途径中不确定因素和需要通过有限元计算研究的计算参数,得出了不同加载位置、不同传力途径和不同边界条件的八种计算模型,并对计算结果进行了详细分析比较。再次,为了进一步明确钢混组合部位的传力途径中不确定参数,论文采用大比例尺模型试验与多种有限元模型相互验证对比的方法,用有限元结果来指导制作模型试验,用静载模型试验来校正有限元模型,通过分析对比理论计算与模型试验的误差来改进该类型结构的有限元建模技术,并优化该类结构的设计,进而为该类型桥梁的广泛应用提供基础。最后,在理论分析和模型试验的基础上,选择合适的材料本构关系和滑移曲线等参数,利用非线性有限元模型,分析了混凝土板、横梁及钢梁的非线性特征。对比试验和模型分析结果,分析了混凝土和钢梁结构的应力及挠度,得到蜂窝型钢混组合结构的荷载-滑移曲线,为该类桥型结构设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的意义
• 1.2 钢混组合结构的优点及研究现状
• 1.3 本文的应用价值
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第2章 新型蜂窝型加劲梁组合结构力学理论
• 2.1 蜂窝梁结构性能研究
• 2.1.1 蜂窝梁概述
• 2.1.2 蜂窝梁计算理论
• 2.1.3 蜂窝梁破坏形态
• 2.1.4 六边形孔蜂窝梁受力性能
• 2.2 组合梁结构性能研究
• 2.3 开孔率对六边形孔蜂窝梁应力分布的影响分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 新型蜂窝型加劲梁受力体系和传力机理分析
• 3.1 工程背景
• 3.2 新型蜂窝型加劲梁悬索桥受力体系
• 3.3 新型加劲梁有限元分析计算模型
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 计算依据和程序
• 3.3.3 结构分析计算模型
• 3.4 新型加劲梁有限元计算结果分析
• 3.4.1 位移结果对比
• 3.4.2 钢结构应力
• 3.4.3 混凝土应力
• 3.4.4 钢筋应力
• 3.5 本章小结
• 第4章 模型试验研究
• 4.1 试验模型设计
• 4.1.1 模型试验相似比
• 4.1.2 材料性能
• 4.2 加载装置方案
• 4.2.1 加载装置
• 4.2.2 加载方案
• 4.2.3 加载荷载
• 4.3 测点布置及数据采集
• 4.3.1 应变测点布置
• 4.3.2 挠度的量测
• 4.4 试验过程简述
• 4.4.1 弹性阶段加载过程
• 4.4.2 破坏加载过程
• 4.5 试验结果分析
• 4.5.1 有限元模型
• 4.5.2 试验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 蜂窝型加劲梁组合结构非线性分析
• 5.1 有限元单元类型
• 5.2 材料本构关系
• 5.3 计算分析模型选取
• 5.4 混凝土裂缝模拟
• 5.5 ANSYS中混凝土破坏准则
• 5.6 非线性求解收敛控制
• 5.7 非线性计算结果分析
• 5.8 本章小结
• 第6章 结论和建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间参与的科研项目