32m高速铁路简支箱梁结构优化设计研究

摘要

本文主要针对高速铁路32m整孔简支箱梁存在的力学指标偏保守、自重过大等问题，结合长吉城际32m简支箱梁设计工作，优化结构参数，通过建立结构分析模型，分析结构的受力、变形特征，验证优化设计的可行性与合理性，并对优化后结构的梁端局部承压、箱梁空间力学效应等几个关键问题进行了深入探讨，主要工作有： (1)提出了采用大吨位预应力束代替小吨位预应力束的技术思路，大幅度降低腹板厚度，减轻结构自重； (2)利用有限元软件ANSYS、PRBP、SB等建立箱梁结构的整体、局部模型，按简支梁实际约束方式进行边界条件模拟，参照规范，编制接口程序进行等效预应力筋效应荷载及列车活载模拟。 (3)选取箱梁宽度、箱梁高度、腹板参数、支座布置等结构参数，通过多工况受力分析，对各参数进行比选，推荐了优化模型，并给出部分结构参数的优化建议；力学分析校验了本文优化设计的可行性和合理性； (4)针对长吉32m简支箱梁预应力张拉端局部应力过大的问题，通过对局部模型进行受力分析，对张拉端结构参数及锚具参数进行优化比选，提出了改善锚下局部应力状态的构造设计建议，较好地解决了锚下局部应力问题； (5)对腹板、顶板进行空间应力分析，并将空间分析与平面分析结果对比，得出平面设计手法中被忽略的力学因素对结构的影响度，尤其对于L/8截面主拉应力及剪应力，平面分析结果较空间分析结果差距较大，导致结构安全度较低。此可供箱梁设计参考； (6)本文的成果实现了对箱梁优化的目标，优化后长吉梁与秦沈客运专线梁等相比自重降低了约8.3％，而其他钢材指标基本持平。所取得成果经济效益显著。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1引言

1.1.1国内高速铁路整孔箱梁的发展

1.1.2国内外高速铁路整孔箱梁的分析研究

1.2研究背景

1.3研究对象

1.4研究宗旨和思路

第二章箱梁结构整体分析模型建立

2.1概述

2.2比选参数选取

2.3建模参数

2.4有限元模型建立及单元划分

2.5边界条件模拟

2.6荷载模拟

2.7计算步骤

2.8计算工况

第三章箱梁结构设计参数优选

3.1箱梁宽度

3.2箱梁高度

3.3大吨位预应力设计与腹板参数优选

3.3.1大吨位预应力与腹板厚度

3.3.2腹板坡度

3.4参数效应分析

3.4.1结构纵向正应力与剪力滞效应

3.4.2结构横向正应力及腹板剪应力、主拉应力

3.4.3结构变形

3.4.4结构刚度、基频及自重

3.4.5支座脱空效应

3.4.6小结

3.5支座布置

3.5.1国内外高速铁路简支箱梁相邻梁端支座间距尺寸

3.5.2支座位置优选

3.6优化模型计算结果

3.7本章小结

第四章张拉端部结构设计参数优选

4.1概述

4.2锚下局部应力分析的有限元模型建立

4.3局部应力分析与设计参数优选

4.3.1主拉应力分析

4.3.2主压应力分析

4.3.3局部主拉、主压应力超限的解释

4.3.4结构参数优选

4.4本章小结

第五章箱梁应力场及强度分析

5.1引言

5.2腹板应力场分析

5.3项板应力场分析

5.4偏载效应系数确定

5.4.1正应力翘曲系数

5.4.2扭转剪应力增大系数

5.4.3偏载效应系数对比分析

5.5本章小结

第六章结语

6.1本文完成的主要工作

6.2主要结论

6.3进一步研究内容

参考文献

致谢

在研期间发表的论文及科研情况