钢-混结合梁斜拉桥结合段有限元计算关键技术研究

摘要

钢-混结合梁作为大跨径斜拉桥主梁常用的结构型式，是一种在混凝土边跨和钢箱梁主跨设置连接接头构造的主梁结构体系。该类型梁体的材料与单一采用混凝土梁或钢箱梁的梁体相比，具有较高的强度、刚度以及较低的建设成本，技术和经济效益较为显著。因主梁钢混结合段结构构造繁琐，混凝土和钢两种材料相互作用机理复杂，在主梁有限元建模计算时，结合部位的构造简化程度与有限元单元的选取都会导致计算结果准确性偏差和计算量、工作量过大。本文以高家花园轨道桥为依托，运用MIDAS系列软件进行了以下研究:
　　(1)建立全桥杆系有限元模型，分析全长主梁在成桥恒载组合工况下的内力、应力和位移情况，根据该应力、位移在主梁的分布情况和圣维南原理划定主梁截取范围，以及该局部模型的简化边界条件。
　　(2)基于钢-混结合段传力方式，研究有剪力钉群的精细化构造模型和无剪力钉群的共节点两种钢-混结合段箱室局部模型，将相同荷载工况下的计算结果对比分析表明:在同样考虑混凝土与承压板和PBL键完全粘结的情况下，将两种材料的接触关系作共节点处理，得到的简化模型结果与精细化模型计算结果误差在工程允许的范围内，并且结合面附近应力和位移过度平稳，故简化后不会影响主梁整体结构的分析准确性。
　　(3)分别建立实体单元、实体和板单元以及梁单元三种主梁局部有限元模型，并分别考察无钢筋、仅配预应力钢筋和全配筋三种配筋模式在成桥恒载荷载组合作用下结合段的受力特征，得出计预应力筋和全配筋两种配筋模式计算结果非常接近，无配筋模型相差较大。而与划分精细的实体单元相比，混凝土实体单元与钢箱梁板单元结合建模方式计算结果与之基本相符，并且实板组合单元模型应力、位移计算结果可包络实体单元模型，在设计上是偏安全的，在建模计算工作量上同样优于实体模型，推荐使用实体单元和板单元相结合的方式对钢-混结合梁斜拉桥主梁进行仿真计算。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 混合梁斜拉桥的发展

1．1．2 钢-混结合梁斜拉桥的出现及国外的发展

1．1．3 钢-混结合梁斜拉桥在国内的应用现状

1．2 钢-混结合段研究现状

1．2．1 结合段实验研究

1．2．2 结合段数值仿真分析

1．3 本文工作及研究内容

第二章 有限元基本理论

2．1 有限元计算基本理论

2．1．1 有限元法分析过程概述

2．1．2 空间梁单元有限元理论

2．1．3 矩形薄板单元有限元理论

2．2 有限元分析步骤

第三章 桥梁整体模型的建立

3．1 工程背景

3．2 主梁钢-混结合段构造

3．3 全桥梁单元模型建立

3．3．1 全桥有限元模型建立

3．3．2 计算假定

3．3．3 主要材料参数

3．3．4 计算荷载

3．4 全桥模型有限元模拟计算结果

3．4．1 竖向位移

3．4．2 纵向正应力

3．4．3 内力

3．5 钢-混结合段局部有限元分析原则

3．5．1 局部有限元模型截取长度原则

3．5．2 局部模型计算假定

3．6 局部有限元模型截取范围

3．7 局部模型边界条件设置

3．8 本章小结

第四章 基于结合段传力途径的结合段简化分析

4．2 结合段非接触模型分析

4．2．1 非接触模型混凝土部分

4．2．2 非接触模型钢格室部分

4．3 结合段接触模型分析

4．3．1 接触模型混凝土部分

4．3．2 接触模型钢格室部分

4．4 接触模型与非接触模型对比

4．5 本章小结

第五章 结合段空间有限元分析

5．1 模型一：实体单元模拟混泥土与钢箱梁节段

5．1．1 无配筋模型分析

5．1．2 计入预应力钢筋效应的模型分析

5．1．3 计入普通钢筋及预应力钢筋效应的模型分析

5．1．4 三种配筋模型对比分析

5．2 模型二：实体单元模拟混凝土及板壳单元模拟钢箱梁节段

5．2．1 无配筋模型分析

5．2．2 计入预应力钢筋效应的模型分析

5．2．3 计入普通钢筋及预应力钢筋效应的模型分析

5．2．4 三种配筋模型对比分析

5．3 模型三：梁单元模拟混泥土节段与钢箱梁节段

5．3．1 无配筋梁单元模型分析

5．3．2 计入预应力钢筋梁单元模型分析

5．3．3 全配筋梁单元模型分析

5．3．4 梁单元三种配筋模型对比分析

5．4 三种单元组合建模形式对比分析

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和参与项目