预应力混凝土曲线箱梁桥的结构力学行为研究

论文摘要

由于曲线梁桥具有线形优美、节约土地、改善行车性能等优点,因而在高速公路、山区公路以及城市立交工程中得到了广泛应用。目前,美国、加拿大等国都制定了曲线梁桥的相关规范,而我国公路桥梁规范中尚未对曲线梁桥的设计与施工做出相关规定。美国针对钢工字曲线梁桥和混凝土曲线箱梁桥展开了较为系统的研究,近年来我国学者在曲线梁桥的理论研究上也取得了许多成就,但在工程应用中仍存在许多问题。针对曲线梁桥“应用广泛、问题较多、研究薄弱、尚无规范”的现状,本文以“曲线连续梁桥结构力学行为与设计方法”研究项目为背景。全文以预应力混凝土曲线箱梁桥为研究对象,主要进行了以下几个方面的工作:第一章主要介绍了国内外在曲线梁桥工程应用、理论研究、数值分析及试验研究的发展现状,结合我国曲线梁桥的建设实践经验,总结了我国曲线梁桥在设计和施工中所出现的一些问题。第二章运用ANSYS提供的参数化设计语言（APDL）,通过建立单梁模型、梁格模型和空间壳单元模型来分析如何建立合理的曲线梁桥有限元模型。第三章结合工程实际,针对三种跨径布置（30+30+30m、30+40+30m和40+50+40m）、四种桥宽（B=8.5m、12.5m、16.5m和24.5m）共12座连续曲线梁桥建立有限元分析模型,研究了预应力混凝土曲线箱梁桥在恒载及汽车活载作用下,曲线桥位移、内力以及支座反力随曲线梁桥主要几何参数的变化规律。第四章推导了曲线梁桥预应力等代荷载计算公式,并编写了预应力等代荷载计算程序,然后以两种桥宽（B=8.5m、B=16.5m）为例对曲线梁桥的预应力作用进行了参数分析。针对小曲率半径连续曲线梁桥在对称布筋后扭转角和梁端扭矩过大的问题提出了两种解决方案。第五章首先对曲线梁桥的均匀温度作用进行了参数分析,然后介绍了混凝土曲线梁桥箱梁表面温度场计算理论,并采用Visual C++编制了曲线梁表面温度计算程序,最后利用大型有限元分析软件ANSYS对曲线梁的日照温差作用进行了热—结构耦合效应研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外曲线梁桥结构的应用现状
• 1.2 曲线梁桥结构的研究现状
• 1.2.1 理论及近似方法的研究现状
• 1.2.2 数值分析的研究现状
• 1.2.3 试验分析的研究现状
• 1.3 曲线梁桥结构的研究意义
• 1.3.1 曲线梁桥工程事故案例
• 1.3.2 曲线梁桥的研究背景及意义
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 曲线梁桥有限元分析模型
• 2.1 曲线梁桥力学特点及数值计算方法
• 2.1.1 曲线梁桥基本力学特点
• 2.1.2 曲线梁桥数值计算方法
• 2.2 曲线梁桥设计参数及有限元模型建立
• 2.2.1 曲线梁桥设计参数
• 2.2.2 曲线梁桥有限元分析模型建立
• 2.3 不同桥宽曲线梁桥的有限元分析结果
• 2.3.1 不同桥宽主梁跨中竖向位移计算结果
• 2.3.2 不同桥宽曲线桥支座反力计算结果
• 2.3.3 不同桥宽曲线桥结构自振频率计算结果
• 2.4 本章小结
• 第3章 曲线梁桥在恒、活载作用下结构力学规律
• 3.1 曲线连续梁桥计算参数
• 3.2 曲线连续梁桥在恒载作用下的结构力学特点
• 3.2.1 曲率半径对窄曲线梁桥力学性能的影响规律
• 3.2.2 曲率半径对宽曲线梁桥力学性能的影响规律
• 3.3 曲线连续梁桥在汽车活载作用下的结构力学特点。
• 3.3.1 曲率半径对窄曲线梁桥力学性能的影响规律
• 3.3.2 曲率半径对宽曲线梁桥力学性能的影响规律
• 3.4 曲线梁桥设置支座偏心距后的结构力学特点
• 3.4.1 中支墩支座偏心距对窄曲线梁桥力学性能的影响规律
• 3.4.2 边支墩支座偏心距对窄曲线梁桥力学性能的影响规律
• 3.4.3 支座偏心距对宽曲线梁桥力学性能的影响规律
• 3.5 本章小结
• 第4章 曲线梁桥在预应力作用下结构力学行为
• 4.1 曲线连续梁桥预应力等代荷载计算理论
• 4.1.1 不计预应力损失等代荷载计算理论
• 4.1.2 计预应力损失等代荷载计算理论
• 4.2 矩形截面曲线简支梁预应力验证性计算
• 4.2.1 矩形截面曲线简支梁计算参数
• 4.2.2 矩形截面曲线简支梁分析结果
• 4.3 单箱单室截面曲线连续梁桥预应力分析
• 4.3.1 工程概况及分析参数
• 4.3.2 曲线桥预应力分析模型
• 4.3.3 曲线梁桥预应力作用下力学性能随曲率半径的变化规律
• 4.4 单箱多室截面曲线连续梁桥预应力分析
• 4.4.1 工程概况及分析参数
• 4.4.2 曲线桥预应力分析模型
• 4.4.3 曲线梁桥预应力作用下力学性能随曲率半径的变化规律
• 4.5 单箱单室截面小半径曲线连续梁桥布束方案分析
• 4.5.1 布束方案探讨
• 4.5.2 方案一预应力效应优化结果
• 4.5.3 方案二预应力效应优化结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 曲线梁桥在温度作用下结构力学行为
• 5.1 单箱单室截面曲线连续梁桥均匀温度效应分析
• 5.1.1 工程概况及分析参数
• 5.1.2 曲线桥温度效应分析模型
• 5.1.3 曲线连续梁桥温度效应随曲率半径的分布规律
• 5.2 单箱多室截面曲线连续梁桥均匀温度效应分析
• 5.2.1 工程概况及分析参数
• 5.2.2 曲线桥温度效应分析模型
• 5.2.3 曲线连续梁桥温度效应随曲率半径的分布规律
• 5.3 曲线连续梁桥温度场分析
• 5.3.1 箱梁温度边界条件计算理论
• 5.3.2 曲线桥箱梁温度边界条件计算
• 5.3.3 曲线连续箱梁温度场分析
• 5.4 单箱单室截面曲线连续梁桥日照温度效应分析
• 5.4.1 曲线连续箱梁日照温度分析模型
• 5.4.2 曲线连续箱梁桥在日照温度作用下的力学性能
• 5.4.3 曲线梁桥日照温度作用下力学性能随曲率半径的变化规律
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢