桥梁板桁组合结构体系载荷应力分布规律及其试验研究

摘要

板桁组合结构是由桥面板和桁架共同受力的结构，因为结构具有较好的综合高效性能而成为大多桥梁的选择，桥面板考虑正交异性钢桥面板高强度、自重轻、建筑高度低、结构连续、施工安装方便等特点而被采用，所以板桁结合结构成为世界上各大、中跨度桥梁的最佳选择。
　　本文对在建的重庆市东水门长江大桥进行试验研究，重点对结构在斜拉索的作用下，上层结构的桥面板、加劲肋、中纵梁及弦杆和横梁的顺桥向应力进行实测分析。运用Midas FEA进行有限元分析，同时根据材料的本构关系，详细分析结构模型在不同的荷载工况下各构件的应力分布;拉索产生的顺桥向力在各构件的分配比例;各构件对拉索水平分力的承担情况。同样对应桥梁的施工阶段进行实桥测试试验，给施工现场的各构件布设传感器，采集数据并把有限元计算的结果和实桥测试试验的结果进行对比分析，检验有限元分析的可靠性和准确性。
　　论文研究结果表明，拉索作用下上层桥面各构件受压，随着与拉索距离的增加，分布逐渐均匀，应力值逐渐增大，拉索索孔后面的位置，桥面均为受拉，传递向后扩散，扩散角与X呈47度，直至上弦杆，应力沿顺桥向拉索前为压，拉索后为拉，其他上层构件应力状况与桥面板相似。9＃索力下的应力值都有所增加，其主要原因是斜拉索的竖向分力对结构产生附加弯矩。
　　最后，计算得到桥面板的分配比例趋于稳定整个节段分配比例的范围在28.21％～60.72％，为承担水平力最大的构件，所占的比例先减小后增大再减小最后趋于稳定，约占40％左右。桥面板的纵向加劲肋，承担14.30％～20.52％，最后其分配比例稳定在约17％。中纵梁的比例最大达到39.13％，在12％左右不再有大幅的变化。上弦杆的分配比例先增大后减小再增大是波浪变化的，分配比例在10.52％～32.5％之间。
　　索力的水平分力向前传递，逐渐减小。拉索水的平分力的分配比例，桥面板的分配比例与上弦杆相当，上弦杆在当前节段比例最大45.6％～58.61％，下个节段时比例为33.4％～40.6％，是受力比例最大的构件。中纵梁所占的比例随距离的增大而减小，最后基本稳定在16％左右，桥面板加劲肋最后趋于约15％。构件的水平力分配上弦杆承担最多，然后是桥面板，中纵梁承担比例大于纵向加劲肋。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 问题的提出与工程背景

1．2 板桁结合梁的特点与发展概述

1．3 板桁结合梁结构的研究现状

1．3．1 板桁结合梁结构的研究方法

1．3．2 正交异性板的研究进展

1．4 本论文的研究目的及主要内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 主要研究内容

第二章 板桁结合结构理论基础

2．1 钢材的本构关系

2．2 有限元分析的基本理论

2．2．1 有限单元法的思想

2．2．2 有限单元法的基本步骤

2．3 有限元模型及建模中问题的处理

2．3．1 建模软件Midas FEA和结构单元介绍

2．3．2 模型边界与荷载作用的处理

2．3．3 Midas FEA分析应力集中现象

2．4 本章小结

第三章 有限元的模拟计算

3．1 结构有限元模型的建立

3．2 约束及荷载工况

3．2．1 约束

3．2．2 荷载工况

3．3 上层构件的计算结果分析

3．3．1 桥面板的应力分析

3．3．2 横梁的应力分析

3．3．3 中纵梁的应力分析

3．3．4 上弦杆的应力分析

3．3．5 节点的应力分析

3．4 构件的应力分配

3．5 索力的水平分力的分析

3．6 本章小结

第四章 实桥测试试验

4．1 试验情况简介

4．1．1 传感器的布置

4．1．2 试验测试工况

4．2 试验结果

4．2．1 试验测试数据的归纳

4．2．2 试验构件的应力分布

4．3 计算和试验结果对比分析

4．4 本章小结

第五章 结论和展望

5．1 本文的主要结论

5．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的研究成果