尺寸参数及截面形式对正交异性钢桥面板应力的影响性研究

摘要

因具有结构自重轻、施工周期短、承载能力大等优点，正交异性钢桥面板已被广泛应用于多种类型的桥梁建设中。但随着已建正交异性钢桥面板桥的使用年限增长，其病害问题也逐渐暴露了出来，其中最主要也是最常见的问题，就是开裂问题。从以往对正交异性钢桥面板开裂问题的分析研究方法的学习中可以看出，正交异性钢桥面板的开裂问题解决办法主要还是依靠求解结构上的应力来解决的，开裂问题归根结底还是力学问题。因此本文从力学的角度出发，在阅读大量已有研究成果的基础上利用ANSYS有限元软件来研究构造尺寸参数和截面形式的改变对正交异性钢桥面板应力状态的影响，并在得出结论的基础上给出合理的尺寸取值及优化建议，为改善正交异性钢桥面板的力学性能和优化设计提供参考依据。本文主要完成了以下几个方面的内容:
　　(1)简要介绍了正交异性钢桥面板的组成结构、发展和在国内外桥梁中的应用，并对其病害问题和国内外研究现状做了简要概述。
　　(2)阐述了正交异性钢桥面板的基本分析理论，阐明了其开裂问题实质上还是力学中的问题，并介绍了正交异性钢桥面板传统的和现在广泛应用的应力计算方法。
　　(3)以临沂市西安路枋河大桥中的桥面系为原型建立有限元模型，研究车轮荷载作用下正交异性钢桥面板上应力分布特点。得出正交异性钢桥面板上应力分布具有明显的局部效应，从实桥中截取一段桥面系来研究正交异性钢桥面板的力学性能是可行的。
　　(4)参照有关规范和工程实例应用选取横隔板厚度、横隔板间距、顶板厚度、U肋腹板厚度、U肋截面高度等尺寸取值范围，采用单参数敏感性分析的原则分别建立有限元模型，计算分析各主要构造尺寸设计参数的改变对正交异性钢桥面板应力状态的影响，并在得出的结论之上给出了合理的尺寸取值范围建议。研究结果表明:适当增大横隔板、桥面板及U肋腹板的厚度对改善正交异性钢桥面板的应力水平是有帮助的，而过高和过低的U肋高度设计以及增大横隔板间距对正交异性钢桥面板的受力性能不利。
　　(5)通过增设U肋小隔板和改变横隔板开孔形式来研究截面构造形式的改变对正交异性钢桥面板的影响，并在选取的几种横隔板开孔中确定出了一种较优的开孔形式，后针对这种开孔形式进行参数分析，研究挖孔自由边半径、挖孔高度等构造参数的改变对钢桥面板应力状态的影响，并最后为挖孔型式的优化设计提出了一些实质性建议。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 正交异性钢桥面板概述

1．1．1 正交异性钢桥面板的组成结构

1．1．2 正交异性钢桥面板的发展

1．1．3 正交异性钢桥面板在国内外桥梁中的应用

1．2 正交异性钢桥面板的病害问题

1．2．1 开裂典型案例

1．3 国内外研究现状及存在的问题

1．3．1 正交异性钢桥面板的试验研究现状

1．3．2 正交异性钢桥面板的结构计算及理论研究现状

1．3．3 存在的问题

1．4 本论文研究的主要内容

1．4．1 研究目的

1．4．2 研究内容

2 正交异性钢桥面板的基本分析理论

2．1 正交异性钢桥面板的力学特性与计算方法

2．1．1 力学特性介绍

2．1．2 计算方法

2．2 正交异性钢桥面板开裂问题解决方法

2．3 本章小结

3 基于有限元法的正交异性钢桥面主要构造受力特征分析

3．1 工程背景介绍及正交异性钢桥面板有限元模型的建立

3．2 计算结果与分析

3．3 本章小结

4 构造尺寸参数对正交异性钢桥面板应力的影响

4．1 各构造细节处的传力机理

4．1．1 横隔板与纵肋之间的受力机理

4．1．2 纵肋与桥面板之间的受力机理

4．2 构造几何设计尺寸的选择

4．3 简化模型建立的方法介绍及最不利加载方式的确定

4．3．1 简化有限元模型的建立方法

4．3．2 加载荷载及最不利加载位置的确定

4．4 应力集中关注点的选取

4．5 计算与分析

4．5．1 横隔板厚度对正交异性钢桥面板应力状态的影响

4．5．2 桥面板厚度对正交异性钢桥面板应力状态的影响

4．5．3 横隔板间距对正交异性钢桥面板应力状态的影响

4．5．4 U肋高度对正交异性钢桥面板应力状态的影响

4．5．5 U肋腹板厚度对正交异性钢桥面板应力状态的影响

4．6 本章小结

5 正交异性钢桥面板截面构造形式研究

5．1 构造形式的选取

5．1．1 U肋小隔板形式的选取

5．1．2 开孔形式的选取

5．2 模型建立的方法介绍和加载方式的确定

5．3 计算与分析

5．3．1 增设U肋小隔板对正交异性钢桥面板应力的影响

5．3．2 横隔板挖孔型式对正交异性钢桥面板的影响

5．3．3 开孔形式几何尺寸优化设计

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果