节段预制矩形钢管混凝土桁架结构概念与应用研究

摘要

节段预制矩形钢管混凝土桁架结构是一种新型结构，该桁架结构由弦杆和腹杆组成。弦杆为部分或全部填充混凝土的直线型矩形钢管，腹杆为空心矩形钢管，腹杆和弦杆用焊接方式形成标准桁架节段，具有节点构造简单、技术经济效益显著的优势，有良好的应用前景。本文在教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目(NCET-06-0855)、国家西部交通建设科技项目(2006318812112)和交通部应用基础研究项目(2006319812130)的资助下，对这种新型结构的标准化、技术经济效益及其在桥梁工程上的应用进行了研究。
　　 本文从节段预制矩形钢管混凝土桁架结构的概念和设计方法入手，设计了一系列矩形空钢管桁架和矩形钢管混凝土桁架的标准节段。在此基础上，分析了节段预制矩形钢管混凝土桁架结构的技术经济效益，最后对这种结构在具体桥型中的应用进行了较为详尽的研究，主要完成了以下研究工作：
　　 (1)进行了节段预制矩形钢管混凝土桁架结构的标准化研究，阐述了矩形钢管混凝土受压、受弯构件和矩形钢管混凝土桁架结构的设计方法，设计了一系列矩形空钢管桁架和矩形钢管混凝土桁架的标准节段并初步研究了节段预制矩形钢管混凝土桁架结构的纵横向拼装技术，为节段预制矩形钢管混凝土桁架的技术经济效益分析以及在连续梁桥和悬索桥上的应用奠定了理论基础。
　　 (2)分析了节段预制矩形钢管混凝土桁架结构的技术经济效益，考虑了影响矩形钢管混凝土受弯、受压构件及桁架结构技术经济效益的各种因素，并结合实例以工程造价为目标函数，构造要求及力学性能等效前提等为约束条件，基于求解最优化问题的Lingo建模语言编写了求解矩形钢管混凝土截面尺寸和钢管壁厚的程序，得到了最经济的截面尺寸和钢管壁厚，与原先的钢构件进行了经济效益的比较和参数分析。
　　 (3)采用有限元计算程序，以向家坝大桥和栗西悬索桥为工程背景，对节段预制矩形钢管混凝土桁架结构在连续梁桥和悬索桥上的应用进行了数值模拟计算，详细分析了节段预制矩形钢管混凝土桁架结构应用于桥梁工程的静、动力性能及其经济效益。
　　 (4)最后对全文作了总结，提出了今后需要进一步研究的问题。