大跨度连续刚构拱组合桥结合部受力行为与锚固区局部应力研究

论文摘要

早期桥梁多是简单的梁、柱、拱、索之类桥式体系,受力明确、造型清晰。但随着科学技术的发展,生产力水平空前提高,桥梁的发展无论从跨越能力提高的速度、结构形式的组合化趋势,还是各种新型材料的应用和合理配置等多方面都有了充分的展现。连续刚构拱组合体系桥充分利用了梁、拱各自桥式的受力优势,优化了结构的受力,节省了工程量,创新了桥梁的外观,是大型公路、铁路桥梁中值得应用与研究的桥式结构。目前有关于连续刚构拱组合桥梁的文献尚不多见,也没有相关文献对其梁拱墩结合部受力行为和锚固区局部应力作过系统深入的分析研究。鉴于以上情况,以宜昌长江大桥为研究背景,系统地开展了大跨度连续刚构拱组合桥结合部受力行为与锚固区局部应力的专项研究。内容主要包括五个部分：1、在收集国内外相关资料和深入分析国内外研究成果的基础上,对大跨度连续刚构拱组合桥的发展与受力特点进行了初步分析,并讨论了其在受力行为研究中存在的问题。以宜万铁路宜昌-万州段新建工程宜昌长江大桥为工程背景,提出了进行大跨度连续刚构拱组合桥结合部受力行为与锚固区局部应力研究的课题。2、提出了大跨度连续刚构拱组合桥名义刚度的概念,分析了结构参数对名义刚度的影响,推导出名义刚度理论公式。针对拱梁刚度比的选取及其对结构内力分配的影响进行讨论,分析其对结构内力的影响规律,并得出刚拱柔梁与柔拱刚梁的界定值,为设计人员选取构造参数提供指导。3、基于结构试验模型相似理论,进行静力相似原则的分析和推导,确定模型的相似比,采用模型的基本设计原则,设计并完成了边主墩和中主墩梁拱墩结合块模型试验。同时对模型的材料特性进行力学性能测试,给数值分析提供正确的材料参数。通过计算分析确定加载工况,在切实可行的加载方法下,制定加载程序。最后确定测试内容、方法和测点布置方案。4、介绍了空间静力分析理论,在选定混凝上、钢筋和钢绞线单元的基础上,结合已有的研究成果,建立了梁拱墩结合块三维有限元分析模型,得到数值分析结果,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,得出了顶底板、腹板、拱脚和墩顶混凝土应力分布规律,深入研究了梁拱墩结合块的复杂受力行为。5、建立了锚下混凝上局部承压的基本理论,包括对局部受压区的应力状态、局部受压的破坏特征、锚下混凝上局部承压的剪切破坏机理以及局部受压承载力的分析研究,然后对顶底板锚下混凝土应力分布情况进行数值分析。结合宜昌长江大桥的设计,对锚固区局部应力进行了模型试验研究。通过对混凝土应力测试结果的研究以及与数值计算结果的对比分析,得出了锚固区局部应力传递规律,归纳出锚固区裂缝产生的原因,为设计提供依据,对同类型的桥梁设计有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 预应力混凝土连续刚构桥及拱桥的特点及发展现状
• 1.1.1 预应力混凝土连续刚构桥的特点发展现状
• 1.1.2 拱桥的基本分类和特点
• 1.1.3 我国大跨度拱桥的发展现状
• 1.2 拱式组合体系桥梁分类及特点
• 1.2.1 组合体系桥梁的发展
• 1.2.2 梁拱组合体系桥
• 1.2.3 悬索拱组合体系桥
• 1.2.4 刚构拱组合体系桥
• 1.2.5 斜拉拱组合体系桥
• 1.3 连续刚构拱组合桥的应用与发展概述
• 1.4 锚下混凝土局部承压问题的研究现状
• 1.5 选题的重要性
• 1.5.1 研究存在的问题
• 1.5.2 选题的意义和目的
• 1.6 本文的研究内容
• 1.6.1 本文研究的工程背景
• 1.6.2 本文研究的主要内容
• 第2章 大跨度连续刚构拱组合桥拱与梁的刚度研究
• 2.1 名义刚度与拱梁刚度比
• 2.2 名义刚度理论公式的推导
• 2.3 名义刚度及拱梁刚度比的讨论
• 2.3.1 结构参数对名义刚度的影响
• 2.3.2 拱梁的刚度比对结构的内力影响规律
• 2.3.3 刚拱柔梁、柔拱刚梁的界定
• 2.3.4 已建桥梁拱梁刚度比与名义刚度的统计结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 宜昌长江大桥梁拱墩结合块模型试验的方案研究
• 3.1 结构试验模型的相似理论
• 3.1.1 静力相似原则
• 3.1.2 梁拱墩结合块模型
• 3.2 试验模型设计
• 3.3 材料力学性能测试
• 3.3.1 混凝土材料
• 3.3.2 钢材材料
• 3.4 加载方案设计
• 3.4.1 加载工况
• 3.4.2 加载方法
• 3.4.3 加载程序
• 3.5 测试内容及测点布置
• 3.5.1 测试内容
• 3.5.2 测试方法
• 3.5.3 测点布置
• 3.6 本章小结
• 第4章 大跨度连续刚构拱组合桥梁拱墩结合块的受力行为
• 4.1 模型测点坐标系
• 4.2 边主墩梁拱墩结合块模型应力测试结果分析
• 4.2.1 顶板混凝土应力测试结果
• 4.2.2 底板混凝土应力测试结果
• 4.2.3 腹板混凝土应力测试结果
• 4.2.4 拱脚混凝土应力测试结果
• 4.2.5 墩顶混凝土应力测试结果
• 4.3 中主墩梁拱墩结合块模型应力测试结果分析
• 4.3.1 顶板混凝土应力测试结果
• 4.3.2 底板混凝土应力测试结果
• 4.3.3 腹板混凝土应力测试结果
• 4.3.4 拱脚混凝土应力测试结果
• 4.3.5 墩顶混凝土应力测试结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 大跨度连续刚构拱组合桥梁拱墩结合块分析
• 5.1 引言
• 5.2 空间静力分析理论
• 5.2.1 有限元数值分析方法
• 5.2.2 混凝土实体单元
• 5.2.3 钢筋与钢绞线杆单元
• 5.2.4 坐标转换
• 5.3 三维有限元模型的建立
• 5.4 边主墩梁拱墩结合块数值结果分析
• 5.4.1 顶底板混凝土应力分布规律
• 5.4.2 腹板混凝土应力分布规律
• 5.4.3 拱脚混凝土应力分布规律
• 5.4.4 墩顶混凝土应力分布规律
• 5.5 中主墩梁拱墩结合块数值结果分析
• 5.5.1 顶底板混凝土应力分布规律
• 5.5.2 腹板混凝土应力分布规律
• 5.5.3 拱脚混凝土应力分布规律
• 5.5.4 墩顶混凝土应力分布规律
• 5.6 本章小结
• 第6章 大跨度连续刚构拱组合桥锚固区局部应力的研究
• 6.1 锚下混凝土局部承压基本理论
• 6.1.1 局部承压区的应力状态
• 6.1.2 局部受压的破坏特征
• 6.1.3 锚下混凝土局部承压的剪切破坏机理
• 6.1.4 局部受压承载力计算
• 6.2 顶板锚下混凝土局部应力分析
• 6.2.1 宽度1.4m时端部锚固区域的受力分析
• 6.2.2 宽度2.0m时端部锚固区域的受力分析
• 6.2.3 张拉T26-1、T26-2时M26段端部锚固区域的受力分析
• 6.2.4 张拉T26-1时M26段端部锚固区域的受力分析
• 6.2.5 数值计算结果对比分析
• 6.3 底板锚下混凝土局部应力分析
• 6.3.1 整个箱梁长9.0m时应力分析
• 6.3.2 整个箱梁长7.0m时受力分析
• 6.3.3 数值计算结果对比分析
• 6.4 本章小结
• 第7章 大跨度连续刚构拱组合桥锚固区局部应力模型试验研究
• 7.1 模型试验方案设计
• 7.2 顶板锚固区局部应力模型试验结果分析
• 7.2.1 C～G测试截面混凝土应力测试结果
• 7.2.2 锚固区测试截面应力测试结果
• 7.3 底板锚固区局部应力模型试验结果分析
• 7.3.1 A、D、E测试截面混凝土应力测试结果
• 7.3.2 锚固区测试截面应力测试结果
• 7.4 锚固区局部应力传递规律分析
• 7.5 锚固区裂缝原因分析
• 7.6 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士期间发表的论文及参加的科研项目