基于桥面系受力分析的单索面钢斜拉桥桥面铺装病害原因分析

摘要

单索面钢斜拉桥由于主梁抗扭刚度较小，其扭转效应比较明显，将会对桥面板的受力产生影响。而且由于桥面板刚度较小，铺装层在加劲肋和横隔板附近产生负弯矩，表面出现拉应力，发展成裂缝破坏；铺装层与桥面板之间产生剪应力，发展成推移破坏。并且，车辆荷载的反复作用，也会让铺装层产生疲劳破坏。本文从桥面板和铺装层受力的角度入手，分析了钢箱梁的扭转性能和移动荷载作用下桥面板的动力响应，最后再利用精细化模型分析了铺装层的受力特性。
　　本文以一座实际桥梁为依托，首先建立了全桥空间板壳单元模型，以大小相等的偏载和对称布载对该桥进行加载，利用桥面两侧挠度差、最大扭转角和扭转畸变正应力评价该桥主跨和边跨各截面的扭转效应。再建立了全桥梁单元模型，利用扭转剪应力评价主跨和边跨施力截面的扭转效应，经过分析发现，主跨各截面的扭转效应明显大于边跨。
　　然后，研究了车桥耦合振动的分离迭代法，针对该桥编制了合适的matlab计算程序和Ansys联合求解。而为了减小计算代价，全桥模型也做出了改进，计算主跨时边跨主梁以梁单元模拟，计算边跨时主跨主梁以梁单元模拟。计算了五种车速下主跨和边跨各关键截面桥面板挠度和应力的动力放大系数，表明主跨的动力响应明显大于边跨，且顶板的动力响应具有非常强的局部效应，桥梁整体的冲击系数不能代表桥面系的局部响应。
　　最后，建立了精细的局部梁段有限元模型和全桥梁段模型针对铺装层的受力进行计算分析。以四种横向工况和30种纵向荷位对局部梁段模型进行加载，找出最不利工况再以此工况对全桥梁段模型加载，发现桥梁整体扭转效应对铺装层的受力影响很小，铺装层受力的主要影响因素为车轮荷载作用下的局部效应。并且，为了给此类桥型的加固提供参考，分析了纵向加劲肋间距、桥面板厚度、铺装层厚度、增设横隔板和增设混凝土铺装层对沥青铺装层受力的影响。
　　针对该桥铺装层的病害，得出如下结论：主跨主梁的扭转效应大于边跨，对主跨桥面系的受力有不利影响；铺装层破坏的主要原因是车轮荷载下的局部效应，但是主跨桥面系的动力响应明显大于边跨，主跨铺装层的受力更加不利。

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源

1.2 课题的研究背景和意义

1.3 国内外在该方向的研究现状及分析

1.4 本方向研究存在的不足

1.5 本文的主要研究内容

第2章 钢箱梁扭转性能分析

2.1 现行薄壁箱梁计算方法

2.2 主桥设计概况

2.3 Ansys壳单元有限元模型的建立

2.4 壳单元模型计算分析

2.5 梁单元模型的计算分析

2.6 本章小结

第3章 车桥耦合振动计算分析

3.1 引言

3.2 车桥耦合振动的实现过程

3.3 主梁顶板挠度和应力时程分析

3.4 车速变化对顶板动力响应的影响

3.5 桥梁整体效应和桥面板局部效应的讨论

3.6 路面不平整度的讨论

3.7 本章小结

第4章 铺装层细部受力分析

4.1 引言

4.2 有限元模型的建立

4.3 铺装层应力结果分析

4.4 各因素对铺装层受力的影响

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢