正交异性组合桥面体系力学行为分析与优化设计

摘要

目前我国大、中跨径钢桥中普遍采用的正交异性钢桥面板,与35~80mm的沥青混凝土组成的桥面体系,由于其自身构造的复杂性、钢材和沥青混凝土材性的差异性、交通环境的多变性等因素的综合作用,造成多座桥梁在运营初期先后出现了不同程度的桥面病害,严重影响了桥梁的正常使用以及我国钢桥建设的现代化进程。针对这一问题,本文以提高桥面局部刚度为目的,结合典型的大、中跨径钢桥的结构和构造形式,借助有限元软件ANSYS的计算分析功能,探究钢桥面板与多种材性混凝土构成的组合桥面体系所具有的力学行为特征,以及相较于原钢桥面体系在使用性能和经济性能方面存在的优化空间。具体内容包括:
　　(1)使用活性粉末混凝土(RPC)等厚度置换大跨径钢桥中的沥青混凝土后,组合桥面体系相较于原钢桥面体系在局部刚度、应力峰值、疲劳应力幅值方面的改善情况。轻质混凝土和RPC材料与钢板形成的组合结构形式,应用于中等跨径钢桥时对于各组件力学工作环境的影响程度;
　　(2)大跨径钢桥中以顶板、纵肋、RPC层厚度为代表的参数,对于桥面体系各组件力学性能变化幅值的敏感程度以及内在的规律性。在不降低原钢桥面体系力学性能的前提下,通过分析单参数、双参数、多参数对应的组合桥面体系所具有的优化空间,得到可应用于桥梁病害诊治、设计优化、安全储备几个方面的配比参数;
　　(3)普通混凝土在自身材性允许的条件下,应用于中等跨径钢桥的适宜厚度。同等经济性能时,不同混凝土材料对应的组合桥面体系力学性能的横向对比;
　　(4)系统描述剪力连接件的作用、分类、破坏模式、设计等方面的内容,并借鉴国内外的有关规范和研究成果,给出适用于大跨径钢桥组合桥面体系的连接件,及其相关的参数指标和对应的布置形式。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究现状及存在问题

1.3 研究内容与技术路线

第二章 正交异性组合桥面板力学行为分析

2.1计算方法简介

2.2模型的选取

2.3 数值模拟

2.4 结果分析

2.5 本章小结

2.6 本章附录

第三章 组合桥面体系的参数分析与优化

3.1大跨径钢箱梁桥组合桥面体系

3.2 中等跨径钢箱梁桥组合桥面体系

3.3 本章小结

3.4 本章附录

第四章 组合桥面体系的剪力连接件

4.1 剪力连接件的作用及其分类

4.2 剪力连接件的破坏模式及实验方法

4.3 剪力连接件的设计

4.4 本文组合桥面板中剪力连接件的推荐形式

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

致谢