大跨度三主桁四线铁路变高度连续钢桁梁桥的研究

摘要

ZJXZH桥是一座跨越黄河的三主桁四线铁路变高度连续钢桁梁桥，采用正交异性整体钢桥面结构。本文采用全桥空间有限元整体分析和桥面系节段精细有限元局部分析相结合的方法，对该桥的整体变形和受力状态及关键部位局部受力状态作分析研究。
　　本研究主要内容包括：⑴研究了ZJXZH桥全桥空间有限元分析的计算方法，采用空间板梁法建立了全桥空间有限元模型，对该梁在恒载、最不利活载及主力组合作用下的变形和受力性能进行了研究。计算分析结果表明：该桥整体受力合理，刚度和强度均满足要求。⑵根据全桥受力情况，选取了桥面系纵、横梁（肋）交接处受力不利的4个关键部位，并对关键部位局部精细有限元分析方法进行了研究，运用有限元分析计算软件ANSYS对4个关键部位分别建立局部精细有限元模型。⑶对桥面系每个关键部位作了多种工况下的局部精细有限元分析。分析计算结果表明:大部分区域应力均不大，但E8中支座横梁靠近中桁的U肋穿过横梁腹板处横梁腹板孔边最大Mises等效应力为402MPa，超过了容许应力。纵、横梁（肋）交接处和U肋穿过处横梁腹板孔边主拉应力幅都不大，桥面系抗疲劳性能较好。⑷在原设计方案的基础上，研究了ZJXZH桥桥面系纵、横梁交接处横梁腹板开孔与否、纵梁高度、横梁腹板厚度等构造细节对局部受力状态的影响。对比分析结果表明，适当降低纵梁高度或加厚横梁腹板，可以有效地减小纵肋与横梁腹板相交处的局部应力。在此基础上对设计提出了建议，该建议被采纳应用于该桥。本研究成果为ZJXZH桥的设计提供了依据，对其他同类桥梁的设计也具有参考价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文的目的意义

1．2 工程概况

1．2．1 总体布置

1．2．2 主桁

1．2．3 桥面系

1．3 正交异性钢桥面板发展应用概况

1．3．1 国外正交异性钢桥面板发展应用概况

1．3．2 国内正交异性钢桥面板发展应用概况

1．4 正交异性钢桥面系连接处存在的问题及研究概况

1．4．1 正交异性板桥面系连接处存在的问题

1．4．2 正交异性板桥面系连接处局部应力研究概况

1．5 本文研究内容和思路

2 全桥受力性能研究

2．1 引言

2．2 全桥空间有限元分析方法

2．2．1 有限元模型

2．2．2 荷载标准

2．2．3 材料参数

2．3 最不利活载作用下的分析

2．3．1 支反力和挠跨比

2．3．2 主桁杆件受力性能分析

2．3．3 桥面系受力性能分析

2．4 恒载和主力组合作用下的分析

2．4．1 支座反力

2．4．2 主桁受力性能分析

2．4．3 桥面系受力性能分析

2．5 本章小结

3 关键部位的选取和局部精细有限元模型

3．1 引言

3．2 原设计方案桥面系构造

3．3 关键部位的选取

3．3．1 节点横梁的选取

3．3．2 节间横梁的选取

3．4 局部精细有限元分析方法

3．4．1 局部模型截取范围

3．4．2 荷载工况

3．4．3 位移边界条件的模拟

3．5 关键部位精细有限元模型

3．5．1 E0端横梁有限元模型

3．5．2 E6节点横梁有限元模型

3．5．3 E8节点横梁有限元模型

3．5．4 E6右节间横梁有限元模型

3．6 本章小结

4 关键部位局部有限元分析

4．1 引言

4．2 E0端横梁局部分析

4．2．1 纵、横梁交接处应力分析

4．2．2 腹板孔边、桥面板局部应力分析

4．3 E6节点横梁局部分析

4．3．1 纵、横梁交接处应力分析

4．3．2 腹板孔边、桥面板局部应力分析

4．4 E8节点横梁局部分析

4．4．1 纵、横梁交接处应力分析

4．4．2 腹板孔边、桥面板局部应力分析

4．5 E6右节间横梁局部分析

4．5．1 纵、横梁交接处应力分析

4．5．2 腹板孔边、桥面板局部应力分析

4．6 关键部位疲劳应力幅分析

4．7 本章小结

5 纵、横梁(肋)连接处构造细节的改善措施

5．1 引言

5．2 研究方法和研究参数

5．2．1 研究方法

5．2．2 研究参数

5．3 纵、横梁交接处横梁腹板开孔与否对连接处应力的影响

5．4 纵梁高度对连接处应力的影响

5．5 横梁腹板厚度对连接处应力的影响

5．6 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录A

附录B

攻读学位期间主要的研究成果目录

致谢