京沪高速铁路济南黄河大桥受力性能分析

摘要

京沪高速铁路济南黄河大桥主桥设计为112+3×168+112m五跨刚性桁梁柔性拱结构，通行四线高速铁路，铁路桥面采用钢正交异性整体桥面板，整体桥面参与主桁共同作用，受力复杂。该桥为京沪高速铁路的重点工程，本文对该桥全桥和结点局部的受力特性做了系统的研究，主要完成了以下工作： 1.采用空间板梁法建立全桥空间有限元模型，对主桁和桥面各构件在恒载和四线满布活载作用下的受力性能进行了分析。结果表明：该桥受力合理，刚度和强度均满足要求。 2.两边主桁带“K”撑、中间加吊杆的横断面结构形式，有效的减小了主桁竖杆的杆端面外弯矩，降低了横梁梁端竖向弯曲应力，改善了钢板的受力状况。该桥横断面的结构形式在横向跨度较大的多线铁路桥梁中可供选择。 3.对济南黄河桥进行了最不利活载作用下的受力性能分析。结果表明：按最不利活载加载与满布活载作用下的计算结果相比，主桁杆件的内力相差很大，有的甚至成倍增加；纵、横梁的应力增加幅度不大。因此，对主桁杆件的受力分析需考虑影响线加载，对桥面系构件可只需进行满布活载加载。 4.济南黄河桥主桁结点结构构造复杂，整体分析难以反映结点应力分布，因此有必要对主桁结点考虑构造细节进行局部应力分析。本文确定了结点局部模型的截取原则和方法，并分析了荷载边界条件的施加方式。 5.考虑结点构造细节，对结点E20建立其空间有限元模型，并对该模型进行了恒载+四线满布活载+横向风荷载作用下的局部应力分析。结果表明：结点板、横梁腹板、主要连接焊缝等部位的总体应力水平不高，在横梁腹板与下弦杆腹板连接处的顶部和结点板与竖杆、斜杆端头的连接处应力集中程度较高，当量应力较大，应引起重视。 本文的研究成果为济南黄河桥设计提供了依据，对其他类似桥梁工程也有参考价值。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1我国钢桁梁桥的发展概况

1.2我国钢桁梁桥的技术发展

1.2.1我国钢桁梁桥设计和制造技术的发展

1.2.2我国钢桁梁桥计算技术的发展

1.3济南黄河大桥工程简介

1.4本文研究的主要内容和目的

第二章济南黄河桥全桥受力性能研究

2.1引言

2.2整体分析的空间板梁法(SPB法)

2.3济黄桥全桥空间有限元模型的建立

2.3.1全桥空间有限元模型的建立

2.3.2材料特性和荷载标准

2.4全桥在恒载作用下的受力性能分析

2.4.1支座反力和挠跨比

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全桥在四线满布活载作用下的受力性能分析

2.5.1支座反力和挠跨比

2.5.2主桁受力性能分析

2.5.3桥面系受力性能分析

2.6主桁竖杆“K”撑对桥梁其他构件受力的影响

2.7本章小结

第三章济南黄河桥最不利活载作用下的受力分析

3.1引言

3.2影响线计算方法

3.2.1活载效应分析理论

3.2.2影响线顺桥向加载计算原理

3.2.3有限元法求解影响线

3.3全桥最不利活载作用下的受力分析

3.3.1有限元计算模型

3.3.2支座反力和挠跨比

3.3.3主桁杆件受力分析

3.3.4桥面系杆件受力分析

3.4本章小结

第四章主桁结点局部计算方法的研究

4.1引言

4.2局部分析方法介绍

4.2.1子模型法介绍

4.2.2直接建模法介绍

4.2.3两种局部分析方法比较

4.3济南黄河桥主桁结点局部计算方法

4.4结点有限元模型的计算参数

4.4.1结点有限元模型的截取原则

4.4.2结点有限元模型的截取范围

4.4.3结点有限元模型的材料特性

4.4.4结点有限元模型的单元类型

4.5结点空间有限元模型的建立

4.6荷载边界条件的施加

4.7结点局部模型分析步骤

4.8本章小结

第五章结点E20在荷载组合作用下局部分析

5.1引言

5.2结点E20在主力和附加力组合作用下的局部分析

5.2.1边界荷载

5.2.2结点板受力分析

5.2.3横梁腹板受力分析

5.2.4结点板受力分析

5.3整体分析与局部分析结果比较

5.4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

攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况