刚构—连续组合梁桥双肢薄壁墩设计参数的分析与优化

摘要

刚构—连续组合梁桥是国内外广泛应用的桥型，它汲取了T型刚构和连续梁桥的优势，同时也彰显出自身的特点。刚构—连续组合梁桥长联、大跨，减少了桥梁伸缩装置的设置数量，使得行车舒适性增加，同时也避免了大吨位支座的使用，降低了桥梁养护工作的难度。但长联、大跨的刚构—连续组合梁桥对温度、混凝土的收缩、徐变等异常敏感，为了减小以上因素对桥梁结构的影响就必须对刚构墩的各项设计参数进行分析和优化。
　　双肢薄壁墩是刚构—连续组合梁桥的刚构墩最常用的墩身形式。双肢薄壁墩的单肢壁厚是墩身抗推刚度的主要影响因素；双肢间距则是墩身抗弯刚度主要影响因素，因此，它们是双肢薄壁墩最重要的两个设计参数。本文以某黄河大桥为工程背景进行了以下研究：
　　（1）研究了双肢薄壁墩的单肢壁厚及双肢间距这两个参数对刚构—连续组合梁桥内力、变形及稳定性的影响。通过对桥梁有限元模型的分析计算，得到了桥梁结构内力及变形随着单肢壁厚和双肢间距变化的规律；给出了最大悬臂状态时桥墩稳定性与单肢壁厚、双肢间距的关系，给同类型桥梁刚构墩的设计提供了参考。
　　（2）利用CFD方法对双肢薄壁墩附近风场进行了数值模拟，分别研究了矩形截面的宽高比与阻力系数的关系，以及不同风攻角作用下双肢薄壁墩的单肢壁厚和双肢间距的变化对桥墩的气动三分力系数的影响。
　　（3）根据双薄壁墩的结构受力情况，假定刚构墩顶的主梁刚度无穷大且双薄壁墩的双肢变形完全一致，将刚构墩顶受力与双薄壁墩的单肢受力联系起来，以墩身截面积最小为目标函数，考虑强度和稳定性约束条件，建立基于ANSYS的双薄壁墩的单肢壁厚和双肢间距的优化数学模型，通过ANSYS的优化模块实现了双肢薄壁墩的设计参数优化。

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1绪论

1.1 刚构—连续组合梁桥的发展概况

1.2刚构—连续组合梁桥刚构墩的形式

1.3工程背景概述

1.4论文研究的现状和意义

1.5论文研究的方法和内容

2基于全桥静力计算的双肢薄壁墩设计参数分析

2.1双肢薄壁墩的单肢壁厚对桥梁结构的影响分析

2.2双肢薄壁墩的双肢间距对桥梁结构的影响分析

2.3刚构—连续组合梁桥施工过程中的双肢薄壁墩稳定性分析

2.4本章小结

3基于CFD方法的双肢薄壁墩设计参数对风荷载效应的影响分析

3.1 CFD方法概述及其计算软件介绍

3.2风荷载分析

3.3 CFD计算模型的建立

3.4单肢壁厚、双肢间距与双肢薄壁墩气动三分力系数的关系

3.5本章小结

4利用ANSYS实现双肢薄壁墩设计参数的优化

4.1结构优化设计概述

4.2 ANSYS提供的优化算法讨论

4.3双肢薄壁墩的力学模型简化

4.4双肢薄壁墩结构的受力分析

4.5工程实例优化分析

4.6本章小结

结论和展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果