刚架拱桥拱片间距优化与节点加强技术研究

摘要

刚架拱桥具有自重轻、材料省、外形美观、装配化程度高等优点，在我国得到了较为广泛的应用。然而，由于车辆荷载的不断增大，刚架拱桥普遍出现了大节点开裂、跨中实腹段受拉区开裂、拱腿底部上缘开裂、横向联系梁裂缝、断裂甚至脱落、微弯板开裂以及桥面开裂等病害，且具有一定的普遍性，由此证实该桥型在设计、运营等方面存在一定的不足。本文以在役刚架拱桥设计资料与调研资料为依据，采用数值模拟技术，对刚架拱桥的病害机理与优化设计以及节点抗裂等方面进行了深入的分析，主要研究工作包括：
　　1.对刚架拱桥典型病害机理进行了系统分析，采用数值模拟技术，对25m、35m、45m三种常见跨径刚架拱桥跨中、大小节点及主次拱腿处的典型病害进行了分析。计算结果表明，大节点、主拱腿拱脚上缘产生的主拉应力均大于C30混凝土抗拉强度标准值，在跨中、次拱腿、小节点处也产生较大应力，考虑到在役桥梁交通流量大，超载车辆多，加上设计、施工以及养护方面存在的不足，以上截面位置出现病害在所难免。
　　2.以在役刚架拱桥设计资料为基准，应用大型有限元软件，分别建立跨径为25m，35m，45m刚架拱桥有限元模型。初拟桥面板厚度分别为20cm，25cm，30cm，通过增设一片刚架拱片，分别计算增设前后刚架拱桥跨中荷载横向分布系数、控制内力和挠度值。计算结果表明，在不显著增加混凝土与钢筋用量的基础上，增设一片刚架拱片可以显著降低各主拱肋特别是边拱肋的跨中荷载横向分布系数，降低了跨中弯矩、挠度和主、次拱脚推力，有效提高了刚架拱桥上部结构整体承载能力与整体刚度。
　　3.对刚架拱桥节点抗裂加强技术进行了系统研究。选取25m、35m、45m跨径刚架拱桥大节点处分别外粘、内置2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm厚度的钢板，研究了外粘、内置不同厚度钢板对大节点处最大应力的影响规律，并对外粘、内置钢板加强大节点的效果进行了对比。

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Contents

1 绪论

1.1前言

1.2 刚架拱桥的构造及特点[1]

1.3 刚架拱桥研究现状

1.4 本文研究的主要内容

2 刚架拱桥典型病害机理的数值模拟

2.1 前言

2.2 刚架拱桥的典型病害及成因分析

2.3 在役刚架拱桥典型病害机理数值模拟

2.4小结

3 刚架拱桥拱片间距优化设计方法

3.1前言

3.2 有限元建模原理与基本假定

3.3不同跨径刚架拱桥设计参数及有限元模型

3.4 荷载横向分布系数计算原理及荷载的横向布置方法

3.5 三种跨径刚架拱桥荷载横向分布系数计算

3.6优化前后内力对比

3.7优化前后混凝土及受拉钢筋用量分析

3.8小结

4外粘与内置钢板加强节点优化分析

4.1 前言

4.2 外粘钢板加强节点优化分析

4.3 内置钢板加强节点优化分析

4.4 外粘钢板与内置钢板加强大节点结构对比

4.5 小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

攻读硕士期间主要成果

参考文献