大吨位刚构桥平转转动体系力学特性研究

摘要

随着我国交通基础设施建设的不断发展，公路和铁路交通作为交通网中的核心部分，修建总里程和路网密度逐年增长，跨线桥梁数量急剧上升。采用转体施工方法修建跨线桥梁可以有效避免施工影响既有线路交通正常运营，大吨位跨线桥梁建设将是今后桥梁工程发展趋势，对大吨位桥梁转体过程结构的受力状况进行研究，确保转体施工桥梁安全、稳健、快速发展。
　　本文依托某具有高-重-宽结构特性的大吨位(80m+80m)T型刚构桥，采用midas FEA对转体过程进行精细化仿真模拟。分析匀速转动阶段上部结构箱梁和转盘体上承台混凝土的受力状况，并研究加速转动阶段不同转动角加速度对转盘体上承台混凝土的应力响应;根据现场称重试验结果，测得转体结构的纵向不平衡荷载和横向不平衡荷载，分析不平衡荷载作用时，匀速转动阶段上部结构箱梁和转盘体上承台混凝土的受力状况，并以现场称重试验测得的不平衡荷载为基准，研究匀速转动阶段不平衡荷载对上部结构箱梁以及转盘体上承台混凝土的应力响应;转动球铰是转动体系的核心部分，分析转体结构转动过程中匀速转动阶段钢球铰的受力状况，并研究转动过程中加速转动阶段不同转动角加速度对转动球铰的应力响应，以现场称重试验测得的不平衡荷载为基准，研究转动过程中匀速转动阶段不平衡荷载对钢球铰的受力效应影响。
　　研究结论:(1)转体结构加速转动阶段，角加速度对转盘体上承台受压状态混凝土无影响，角加速度与转盘体上承台受拉状态混凝土产生的拉应力呈抛物线关系，以转盘体上承台混凝土受拉作为控制条件，角加速度极限值为0.6rad/s2;角加速度与球铰最大剪应力呈抛物线关系，以转动球铰剪切破坏准则作为控制条件，角加速度极限值为0.8rad/s2。故转体结构转动角加速度应控制在0.6rad/s2。(2)转体结构匀速转动阶段，应考虑不平衡荷载对上部结构受拉状态混凝土的影响;不平衡荷载对转盘体上承台受压状态混凝土无明显影响，而对由于局部承压引起的转盘体上承台受拉状态混凝土影响显著，当转体结构达到四倍基准不平衡荷载时，转盘体上承台位于偏心侧局部拉应力区域混凝土率先处于屈服状态;不平衡荷载对转动球铰外圈高程差影响显著，当转体结构达到四倍基准不平衡荷载时，球铰外圈高程差不满足规定要求;不平衡荷载对转动球铰应力影响显著，当转体结构达到五倍基准不平衡荷载时，球铰处于屈服状态。故转体结构的容许不平衡荷载为四倍基准不平衡荷载(纵向39790.0kN·m，横向11385.4kN·m)。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外转体施工桥梁发展历程

1．3 国内外转体施工桥梁研究现状

1．4 本文研究的主要内容

2．1 引言

2．2 工程概况

2．2．1 主要设计标准

2．2．2 主要材料

2．3 桥梁结构

2．3．1 上部结构设计

2．3．2 下部结构设计

2．4 转体刚构施工方案

2．4．1 主桥简要施工步骤

2．4．2 转体结构

2．5 本章小结

第三章 转动加速度对高-重-宽桥梁转体施工影响研究

3．1 概述

3．2 精细化有限元模型仿真模拟

3．2．1 单元简介

3．2．2 接触分析原理

3．2．3 精细化模型建立

3．3 精细化有限元模型计算结果分析

3．3．1 匀速转动阶段计算结果分析

3．3．2 不同加速度作用效应分析

3．4 本章小结

第四章 不平衡荷载对高-重-宽桥梁转体施工影响研究

4．1 概述

4．2 称重试验

4．2．1 称重试验方法及原理

4．2．2 球铰摩擦系数计算原理

4．2．3 称重试验结果分析

4．3 精细化有限元模型仿真模拟

4．4 精细化有限元模型计算结果分析

4．4．1 不平衡荷载对桥梁转体过程的受力状态分析

4．4．2 不平衡荷载作用效应影响分析

4．5 本章小结

第五章 高-重-宽转体桥梁球铰受力研究

5．1 概述

5．2 精细化有限元模型仿真模拟

5．3 精细化有限元模型计算结果分析

5．3．1 转体过程球铰受力结果分析

5．3．2 角加速度对转动球铰应力响应分析

5．3．3 不平衡荷载对转动球铰受力效应影响分析

5．4 本罩小结

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果