榕江特大桥正交异性钢桥面结构受力性能分析与试验研究

摘要

厦深客运专线榕江特大桥系主跨为(110+220+220+110)m的钢桁梁柔性拱桥，跨度在同类型桥梁中居世界首位，其桥面系结构为一类新型的正交异性整体钢桥面结构，其中，道砟与钢桥面板之间采用轻质垫层体系替代传统的带剪力钉的混凝土垫层，该类轻质垫层在国内铁路桥梁上尚属首次采用，同时在道砟槽范围内采用合理密布U肋的形式，弱化了传统正交异性整体钢桥面中纵梁的作用。本文结合工程建设需要和原铁道部科技研究开发计划《高速铁路桥梁技术深化研究——大跨度连续钢桁梁柔性拱组合桥关键技术研究》（合同编号:2010G004-A），对该类新型正交异性整体钢桥面结构进行结构性能的理论和现场试验研究，完成的工作和创新点有:
　　1.建立了全桥杆系模型，分析了由桥面盖板和纵肋组成的桥面系对主桁的刚度及受力的影响，进一步探讨了桥面系相对于主桁位置的改变对主桁刚度及受力的影响。
　　2.针对传统的研究正交异性整体钢桥面结构的节段模型法中边界条件难以准确模拟的问题，本文将空间杆系法（SF法）和板壳单元法（SPB法）结合利用有限元软件建立多尺度模型，避免了传统方法边界条件的选取问题，并分析正交异性整体钢桥面结构中各构件的受力状况，取位移边界条件，建立节段模型并计算，与多尺度模型计算结果进行对比。
　　3.研究了钢桥面板（U肋翼板）厚度、U肋厚度的不同参数对正交异性整体钢桥面结构受力特性的影响，给出了桥面板厚度和U肋厚度的合理取值范围。
　　4.完成了榕江特大桥桥面板现场静载试验的方案设计、试验测试和数据分析整理工作，并将测试结果与多尺度模型理论计算结果进行对比，并进行结构安全性评判。
　　5.试验和理论分析结果验证了设计结构的安全性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 正交异性整体钢桥面的应用和发展

1．2．1 国外

1．2．2 国内

1．3 正交异性整体钢桥面在国内外的研究现状

1．3．1 解析法

1．3．2 数值法

1．4 本文的工程背景

1．5 本文宗旨和主要内容

2 桥面系对主桁影响的研究

2．1 有限元模型建立

2．1．1 基本模型

2．1．2 不考虑桥面系作用的模型

2．1．3 桥面系位置模型

2．2 荷载与边界条件

2．3 有、无桥面系计算结果对比分析

2．3．1．下弦杆竖向位移对比

2．4 桥面位置对主桁计算结果对比分析

3 正交异性整体钢桥面结构有限元模型与分析

3．1 正交异性整体钢桥面结构有限元模型

3．1．1 节段模型法

3．1．2 多尺度模型法

3．2 荷载与边界条件

3．2．1 荷载工况

3．2．2 节段模型边界条件

3．2．3 多尺度模型边界条件

3．3 多尺度模型计算结果分析

3．3．1 工况一

3．3．2 工况二

3．3．3 工况三

3．4 节段模型与多尺度模型计算结果对比

3．4．1 桥面板位移应力对比

3．4．2 横梁位移应力对比

3．4．3 U肋位移应力对比

3．5 本章小结

4 桥面系参数及匹配问题研究

4．1 研究方法和研究参数

4．2 钢桥面板(U肋翼板)厚度对比研究

4．2．1 位移对比

4．2．2 应力对比

4．2．3 钢桥面板厚度的合理取值范围

4．3 U肋厚度的对比研究

4．3．1 位移对比

5．3．2 应力对比

5．3．3 U肋厚度的合理取值范围

5 静载试验及结果分析

5．1 试验目的与方法

5．2 试验荷载

5．3 试验原理与设备

5．4 测点布置

5．5 试验结果分析

6 结论与展望

6．1 主要研究内容及结论

6．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢