大跨度钢桥关键构造细节研究

论文摘要

索梁锚固结构、正交异性钢桥面板和整体节点是大跨度钢桥在设计和制造中的关键构造,它们的受力特点和疲劳性能非常复杂,并且在这些部位最容易出现裂纹,是影响桥梁安全运营的关键所在,所以针对这些构造的研究是目前桥梁研究的难点和热点。本论文目的在于验证新结构型式的安全可靠性,研究它们的受力形态和疲劳性能,并有针对性地进行构造优化。主要进行了以下三个方面的研究：①对一种新索梁锚固结构在5种工况下的受力进行模型试验和理论分析；②分析了正交异性钢桥面板各构造细节处的疲劳应力和性能,并对疲劳损伤最为严重的构造进行优化；③针对整体节点部位出现的新结构型式的疲劳构造问题进行了相应研究。主要研究成果如下：①验证了一种新型索梁锚固型式的安全性,分析了应力分布、传力途径和控制细节；②得出了正交异性钢桥面板各种可能构造的疲劳性能、近端和远端荷载对结构受力的影响规律,以及疲劳损伤最为严重的构造细节的优化构造图式；③得到了整体节点与桥面系连接部位的一系列新构造的疲劳S-N曲线,主板厚度对横隔板附连件焊缝的疲劳影响关系,以及次应力对疲劳的影响关系。本论文有以下创新点：①针对一种新索梁锚固结构,采用理论计算和模型试验相结合的方式,通过对比优化分析来验证设计采用的结构的安全可靠性,并得出了它的传力途径和主要控制细节。②首次从整体体系和局部体系来分析近端和远端荷载对正交异性钢桥面板各构造细节应力的影响,考虑制造和施工来归纳各种构造细节的疲劳性能,创新性地通过构建优化函数来获得纵肋下翼缘与次横梁或横梁腹板交叉部位构造细节的合理布局。③针对整体节点部位出现的新构造,通过疲劳实验首次获得其疲劳性能,并从箱形杆件板厚系数和次应力这些新角度来进行疲劳问题的研究。

论文目录

• 目录
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文的研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 大跨钢桥的发展现状
• 1.2.2 关键构造细节的研究和应用现状
• 1.2.2.1 关于索梁锚固型式的研究
• 1.2.2.2 关于正交异性钢桥面板的研究
• 1.2.2.3 关于整体节点的研究
• 1.3 亟待解决的问题
• 1.4 本论文的主要研究工作
• 第二章 新型索梁锚固型式的理论分析和试验研究
• 2.1 目前索梁锚固部位的主要型式
• 2.2 索梁锚固结构的新形式—耳板与锚箱相结合的锚固结构形式
• 2.2.1 西堠门大桥概况
• 2.2.2 新锚固结构的具体构造
• 2.3 索梁锚固部位研究分析
• 2.3.1 索梁锚固部位的有限元分析
• 2.3.1.1 连接拉板计算分析
• 2.3.1.2 加劲梁吊索锚箱计算分析
• 2.3.2 索梁锚固部位的模型试验
• 2.3.3 结果分析
• 2.3.3.1 测点位移分析
• 2.3.3.2 测点应力分析
• 2.4 模型优化对比的应力分析
• 2.5 小结
• 第三章 正交异性钢桥面的主要疲劳部位应力分析
• 3.1 正交异性板桥面的结构特点及主要疲劳问题
• 3.2 正交异性钢桥面板的主要疲劳构造细节分类
• 3.3 典型铁路正交异性钢桥面板的疲劳部位应力分析
• 3.3.1 局部应力分析
• 3.3.2 整体应力分析
• 3.3.3 主要构造细节疲劳计算分析
• 3.4 小结
• 第四章 正交异性钢桥面的疲劳性能研究及构造优化
• 4.1 荷载引起的疲劳开裂
• 4.2 面外变形引起的疲劳开裂
• 4.2.1 闭口肋与桥面板连接焊缝位置
• 4.2.2 闭口肋与次横梁和横梁的腹板、桥面板三者交叉部位
• 4.2.3 开口肋或闭口肋与次横梁、横梁交叉位置
• 4.3 小结
• 4.4 结论
• 第五章 整体节点的疲劳性能研究
• 5.1 整体节点技术的运用现状
• 5.2 整体节点的主要构造细节及以往研究成果
• 5.3 整体节点部位出现的新构造问题
• 5.4 整体节点部位出现的新构造疲劳性能研究
• 5.4.1 横梁与主桁整体节点焊接构造
• 5.4.1.1 试件加工
• 5.4.1.2 有限元分析
• 5.4.1.3 疲劳试验
• 5.4.2 桥面横梁与整体节点十字对接焊缝加腹板角焊缝构造
• 5.4.3 桥面与主桁整体节点焊接构造
• 5.4.3.1 桥面与主桁整体节点焊接纵向受力试件
• 5.4.3.2 桥面与主桁整体节点焊接横向受力试件
• 5.4.4 横隔板焊缝构造对主梁板厚系数的影响
• 5.4.4.1 横隔板焊缝板厚系数试件一（主板厚44mm,横隔板厚12mm）
• 5.4.4.2 横隔板焊缝板厚系数试件一（主板厚24mm,横隔板厚14mm）
• 5.4.4.3 横隔板焊缝板厚系数试件二（主板厚44mm,横隔板厚14mm）
• 5.4.4.4 模型对比计算分析
• 5.4.4.5 试验结果分析
• 5.4.5 次应力对疲劳强度影响研究
• 5.5 小结
• 第六章 结论及创新点
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 参考文献
• 附图一
• 附图二
• 致谢
• 博士期间已发表论文
• 博士期间参加的科研项目及获得的科研成果
• 详细摘要