槽型断面独塔斜拉桥塔梁固结区应力分析

摘要

随着我国高速铁路事业的进一步发展，高速铁路线与其他交通线纵横交错。为跨越山川河谷及既有线，越来越多的斜拉桥被应用于高速铁路。为提高斜拉桥抗弯刚度、限制桥梁纵向位移、减小桥上无缝线路纵向力，斜拉桥常采用塔、梁、墩刚接的刚构体系。塔、梁和墩连接节点的工作状况直接影响斜拉桥的整体刚度和稳定性，该节点一旦发生破坏，将导致斜拉桥整体结构的失效，产生灾难性的后果。在恒载、活载和温度作用下，该节点受力情况极为复杂。因此，有必要对高速铁路斜拉桥塔梁墩固结节点的应力分布情况进行有限元分析，针对其薄弱环节，提出改进措施。
　　本文将以沪昆客运专线联络线上某(32+80+112)m槽型截面独塔斜拉桥作为工程背景。该桥具有以下两个主要特点:①为减少施工过程对桥下高铁线路的影响，采用转体施工方案。转体完成后，塔梁刚性连接以增大桥梁纵向刚度。②为增大斜拉桥抗扭刚度、节约净空和规避高压电缆，同时为了防止道砟掉落至桥下高铁线路，主梁采用预应力混凝土槽型断面。
　　本文的主要工作包括:
　　(1)以本槽形断面独塔斜拉桥的设计过程为主线，探讨了斜拉桥截面形式、梁宽梁高的比选过程、不同结构体系、斜拉索的选材的优劣。
　　(2)对局部应力分析方法及研究现状进行综述。建立了槽型断面独塔斜拉桥整体模型，得到力和变形的边界条件，为局部应力分析提供科学依据。
　　(3)建立高速铁路槽型断面独塔斜拉桥塔梁墩节点三维实体有限元模型，采用子模型法模拟力和变形的边界条件，通过等效荷载模拟预应力效应。
　　(4)通过修改边界条件来模拟施工过程最大悬臂阶段、运营过程中最不利荷载组合作用下固结区应力的分布情况，寻找应力集中部位。针对应力集中区域，提出结构优化措施。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 研究现状简述

1．3 工程背景

1．4 主要设计构造

1．4．1 梁部槽型断面

1．4．2 倒Y形塔柱

1．4．3 拉索锚座构造

1．4．4 塔梁固结区构造

1．5 本文主要研究内容

2 槽型断面独塔斜拉桥结构设计技术研究

2．1 梁部截面型式比较

2．1．1 梁部截面型式

2．1．2 梁宽

2．1．3 梁高

2．2 结构体系比较

2．2．1 结构体系方案

2．2．2 塔梁墩处构造对比

2．2．3 成桥状态性能对比

2．2．4 斜拉桥上无缝线路受力情况对比

2．2．5 转体施工的需要

2．3 斜拉索及预应力索

2．3．1 斜拉索材料比较

2．3．2 主梁预应力索设计

2．4 本章小结

3 槽形断面独塔斜拉桥整体分析

3．1 计算模型及荷载

3．1．1 计算模型

3．1．2 设计荷载

3．1．3 荷载组合方式

3．2 整体计算模型分析结果(使用阶段)

3．2．1 支座竖向支反力

3．2．2 梁体弯矩包络图

3．2．3 梁体剪力包络图

3．2．4 梁体轴力包络图

3．2．5 梁体竖向挠度包络图

3．2．6 斜拉索力包络图

3．3 本章小结

4 斜拉桥塔墩梁固结区应力分布计算模型

4．1 局部分析的常用方法

4．1．1 子模型法简介

4．1．2 直接建模法简介

4．1．3 两种分析方法对比

4．2 塔梁墩固结区分析模型

4．3 边界条件模拟方法

4．4 预应力效应的模拟

4．5 本章小结

5 施工最大悬臂阶段塔梁墩固结区应力

5．1 边界条件及取值

5．2 应力计算结果与分析

5．2．1 平均正应力

5．2．2 最大正应力

5．3 本章小结

6 使用阶段最不利荷载塔梁墩固结区应力

6．1 活载工况分析

6．2 最大应力分析

6．2．1 恒载+活载工况5(左端剪力最小)

6．2．2 恒载+活载工况10(右端轴力最小)

6．2．3 恒载+活载工况18(上端弯矩最小)

6．3 局部点应力分析

6．4 控制截面应力分布

6．4．1 1-1截面

6．4．2 2-2截面

6．4．3 4-4截面

6．4．4 6-6截面

6．4．5 7-7截面

6．5 本章小结

7 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢