山区中小跨度悬索桥的静力特性及其荷载试验研究

摘要

在传统的简支桥面板的刚桁架悬索桥计算中，并不考虑桥面系参与成桥后的结构受力，而只是将桥面系当做荷载施加在加劲梁上。本文通过云南省兰坪县黄登库区石登桥悬索桥及三角河桥悬索桥的荷载试验的实测数据与理论数据比较，研究发现在不考虑桥面参与结构受力的情况下，钢桁架加劲梁上下弦杆的理论计算应力与实测应力差别很大，加劲梁上弦杆的理论应力大于实测应力，加劲梁下弦杆的理论计算应力小于实测应力，说明桥面系的刚度参与了整体的受力。本文通过石登桥成桥后的静荷载试验，进行了影响荷载试验的影响因素的验证。本文主要完成了以下的工作: 1、对钢混组合结构做了详细的阐述，说明了钢混组合结构与简支桥面系结构之间的区别。介绍了钢混组合结构的计算方法，阐述了钢混组合结构的简化计算方法——刚度折减法。有限元内部如何实现结构的计算的方法及步骤。并通过简单实例说明桥面系刚度参与量的不同对于结构特性的影响。利用Midas Civil有限元分析软件，对桥面板采用了不同的等效方式。确定了石登桥桥面系刚度参与整体作用的比例，为同类型桥梁的桥面系受力分析提供了参照。 2、阐述了石登桥静动载荷载试验的方法，采用上述章节提出的增加桥面系第三纵梁法进行计算作为理论数据，并进行了理论数据与实测数据的对比分析，所得到的静力荷载试验各个工况下的应力校验系数满足规范要求，证实了该计算方法的合理性。 3、通过ANSYS建立了桥面系的局部分析模型，结合山区悬索桥常用桥面系形式，提出了两种优化模型——小纵梁-混凝土组合结构桥面系和波纹板-混凝土组合结构桥面系。通过研究参数对两种结构的影响，得出了在自重工况和最不利汽车荷载工况下对桥面板受力的影响，并进行比较确定了最优的截面形式。并从动力特性、经济特性以及耐久性三方面进行比较，更加充分地证实了组合结构的优越性。 4、在实际结构的荷载中，温度的影响对于结构的测试影响很大。本章节通过采集的实际温度数据，采用ANSYS有限元软件建立热分析模型，对主缆、加劲梁、索夹、索塔结构进行了整体温度分析，确定了温度的影响值。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1引言

1．1．1悬索桥起源

1．1．2悬索桥受力特征

1．2山区中小跨度悬索桥桥面系构造研究

1．2．1合成型钢桥面

1．2．2非合成型钢桥面

1．2．3混凝土板桥面

1．3山区中小跨度悬索桥钢桁架构造研究

1．3．1钢桁架加劲梁立面-主桁

1．3．2钢桁梁加劲梁横断面—横向联接系

1．3．3钢桁梁加劲梁水平面—水平联结系

1．4本文的研究背景和主要研究工作

1．4．1依托工程背景

1．4．2本文的主要研究工作

2．1引言

2．2组合梁结构

2．2．1钢混组合梁的概念

2．2．1钢混组合梁的组成

2．2．2钢-混凝土组合梁的工作原理

2．2．3考虑滑移效应的组合梁变形计算

2．2．4折减刚度法在连续组合梁变形计算中的应用

2．3有限元软件内部结构的计算方法

2．3．1有限元法要点

2．3．2弹性力学理论基本方程的矩阵形式

3．3．3有限元法分析步骤

2．4组合梁结构的简单实例对比分析

2．4．1组合梁结构的模型建立

2．5混凝土桥面板参与全桥作用影响的分析

2．6关于桥面系刚度参与量的讨论

第三章荷载试验方案及数据验证

3．1引言

3．2成桥阶段静载试验

3．2．1荷载试验目的

3．2．2试验设备

3．2．3荷载试验测试工况

3．2．4荷载试验分析方法

3．2．5静载试验荷载效率系数

3．2．6测试内容

3．3实测结果与理论计算结果的比较

3．3．1典型荷载试验工况下应力实测与理论数据分析

3．3．2典型荷载试验工况下加劲梁位移实测与理论数据分析

3．3．3典型荷载试验工况下吊杆力实测与理论数据分析

3．3．4典型荷载试验工况下桥塔塔偏实测与理论数据分析

3．4本章小结

第四章悬索桥桥面板的设计参数分析

4．1引言

4．2单元的选择和建模

4．2．1分析软件及单元的选择

4．2．2建模方法的选择及原理

4．3空间有限元仿真模型建立

4．3．1几何模型建立步骤

4．3．2有限元模型建立步骤

4．3．3材料参数

4．3．4边界条件模拟

4．3．5荷载施加

4．3．6矩形桥面板受力分析

4．4桥面板优化方案与分析

4．4．1小纵梁-混凝土组合结构设计参数优化

4．4．2波纹板-混凝土组合结构设计参数优化

4．5不同桥面系的对比分析

4．5．1不同形式桥面系的动力特性分析

4．5．2不同形式桥面系的经济特性分析

4．5．3不同形式桥面系的耐久性分析

4．6本章小结

5．1引言

5．2求解温度场的热传导理论

5．3温度场分布的实测数据

5．3．1主缆实测温度场数据

5．3．2主塔温度实测数据分析

5．4成桥状态下主缆的温度效应分析

5．4．1温度变化引起的主缆变形

5．4．2温度变化引起主缆内力的变化

5．5成桥状态下加劲梁的温度效应分析

5．6索夹处主缆的温度效应分析

5．7主塔的温度效应分析

5．8本章小结

第六章结论与展望

6．1结论

6．2展望

参考文献

致谢

附录