超斜铰接板桥受力特性及荷载横向分布的试验研究

论文摘要

中、小桥涵,中、短隧道,以及一般构造物的位置应服从路线走向[41]。近年来,新建中小跨径的斜交桥梁很多,而超斜铰接板桥（斜交角大于45°）也相应增加,其横向分布规律的简化计算及受力特点,亟待做深入研究,以便使设计更趋合理。本文研究超斜铰接板桥的荷载横向分布规律,以期找出有别于正交板的受力特点。文中从以往铰接斜板桥的已研究成果入手,提出了利用经验公式求超斜铰接板荷载横向分布影响线的方法。首先利用MIDAS/Civil有限元软件对8板、45°斜交角的某桥进行了分析。用剪力柔性梁格法,多次调整虚拟横梁截面形式、材料参数以及拟定铰接、支撑等边界条件,建立了可靠的有限元数值模型。为验证数值模型的合理性,制作了有机玻璃试验模型。为使试验模型尽量贴近原型,采用不完全铰的形式代替铰接缝,利用橡胶块粘结一端、另一端不粘结做为固定、滑动支座；采用量纲分析法计算,得出了相似判据。加载试验数据与数值模拟结果耦合很好,表明数值模型可靠。这种数值建模方法,可对多角度斜交桥做进一步数值分析。为了验证不同的宽跨比、抗扭刚度、抗弯刚度等是否影响耦合效果,又建立了正交铰接板桥的数值模型。通过改变宽跨比、板的抗扭刚度、抗弯刚度,施加半波正弦荷载进行横向分布规律的分析,并与成熟理论计算结果比对,相对误差很小,再次验证了数值建模可靠。文中采用剪力-柔性梁格法,对不同板块、不同斜交角的共56个铰接板桥进行了数值模拟,揭示了超斜铰接板桥中内力随斜交角变化的规律。给出的荷载横向分布影响线随斜交角变化的经验公式,经过理论解求算,证明经验公式计算的数值可靠。超斜铰接板桥的最大弯矩随斜交角增大而减小,可利用正桥的最大弯矩,通过经验公式求算。文中还给出了超斜铰接板桥主梁弯矩异于正桥的特点,可为此类桥的设计提供参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 斜交板桥的应用及特点
• 1.1.1 斜交板桥的应用
• 1.1.2 斜交板桥的构造及受力特点
• 1.2 铰接斜交板桥的研究现状
• 1.3 本文研究的目的、意义和内容
• 第2章 斜交铰接板桥的理论分析
• 2.1 简支斜交铰接板桥的受力特点
• 2.2 荷载横向分布的计算方法
• 2.2.1 HIJS法
• 2.2.2 传递矩阵法
• 2.3 本章小结
• 第3章 二道河桥数值建模
• 3.1 工程背景
• 3.2 数值建模方法
• 3.3 二道河桥梁格划分与截面特性
• 3.3.1 梁格划分
• 3.3.2 梁格构件截面特性
• 3.4 剪力-柔性梁格法建立数值模型
• 3.4.1 数值模型的材料参数
• 3.4.2 数值模型的边界条件
• 3.4.3 二道河桥数值模型
• 3.5 本章小结
• 第4章 有机玻璃模型试验
• 4.1 试验目的
• 4.2 试验原理
• 4.2.1 有机玻璃的特点
• 4.2.2 模型与原型的相似设计
• 4.3 辅助性试验
• 4.3.1 试验目的
• 4.3.2 试验方法及过程
• 4.3.3 试验结论
• 4.4 加载试验
• 4.4.1 测点布置
• 4.4.2 试验设备
• 4.4.3 试验方法及步骤
• 4.4.4 集中力加载
• 4.4.5 均布荷载加载
• 4.5 数值模型与试验模型结果对比
• 4.5.1 集中力作用下
• 4.5.2 均布荷载作用下
• 4.6 本章小结
• 第5章 数值模型荷载横向分布研究
• 5.1 外荷载的选择
• 5.1.1 半波正弦荷载
• 5.1.2 正弦荷载计算的精确度
• 5.1.3 数值模型上施加的正弦荷载
• 5.2 正桥数值模型分析
• 5.2.1 斜交角为0°时的横向分布
• 5.2.2 弯扭参数值变化时的横向分布
• 5.3 斜桥数值模型分析
• 5.3.1 三块空心板结构、20m斜长板桥分析
• 5.3.2 跨中影响线拟合
• 5.4 经验公式的验证
• 5.4.1 斜交角60°、四块板、斜长20m的铰接板桥
• 5.4.2 斜交角60°、八块板、斜长20m的铰接板桥
• 5.5 本章小结
• 第6章 超斜铰接板桥的弯矩分析
• 6.1 斜桥和正桥主梁弯矩差异分析
• 6.2 斜桥弯矩分布趋势
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 进一步研究方向
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文