铁路斜拉桥带水平K撑钢桁梁局部受力特性分析及模型试验研究

摘要

新建铁路贵阳至广州线北江特大钢桁斜拉桥首次采用带水平K撑的纵横梁桥面系，该桥面系是对传统纵横梁桥面体系全新的改进。两端边跨及靠近边跨端的次边跨4个节间采用混凝土桥面板，其余部分采用正交异性钢桥面。通过仿真分析，对高速铁路专用斜拉桥的桥面系结构受力行为进行深入研究。初步探讨不同K撑构造对桥面结构受力的影响，为其他同类桥梁的桥面系设计提供参考。在仿真分析的基础上，以水平K撑构造为核心，优化模型结构及辅助构造，构建局部K撑节段静载试验模型，从而获得铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系的实际受力状况。主要研究内容和成果如下:
　　1、结构分析，包括全桥杆系模型分析和杆系结合壳单元的多尺度仿真模型分析。前者使用MIDAS有限元软件进行计算分析，确定K撑在全桥中最不利受力位置。后者采用ANSYS有限元软件建立K撑最不利受力位置处的节段空间壳单元模型，重点分析局部应力分布。通过仿真分析，研究K撑、纵梁、横梁等杆件在恒载和活载作用下的传力机理及其局部的应力水平。计算结果表明:各杆件的应力水平均较低，K撑结构能有效减小纵梁、横梁和横肋的面外弯曲产生的水平应力，解决传统纵横梁桥面系横梁截面处面外弯曲所产生的应力超限问题。
　　2、初步探讨不同K撑构造形式对桥面系结构受力行为的影响。通过对不设置K撑、T型截面K撑以及工字型截面K撑三种桥面系中的纵梁、横梁、横肋、下弦杆整体节点以及K撑等进行受力特性分析，得出T型截面K撑桥面系能够有效的降低杆件的局部应力，桥面受力更加合理。
　　3、在仿真分析的基础上，以K撑结构为主要研究对象，构建局部K撑节段静载试验模型，进行模型试验研究。由试验结果可知:各杆件的实测应力与理论值较为吻合，采用有限元数值分析对桥梁结构局部应力分析是行之有效的。在加载过程中，各测点均处于弹性工作状态，结构应力满足规范要求，说明结构具有较大的安全储备。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 铁路斜拉桥的发展概述

1．1．1 大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的应用现状

1．1．2 大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的特点

1．2 多线高速铁路钢桁梁斜拉桥的研究现状

1．2．1 结构体系的研究现状

1．2．2 桥面系结构形式介绍及研究现状

1．3 工程背景

1．4 研究内容

第2章 铁路斜拉桥带水平K撑钢桁梁局部受力特性分析

2．1 全桥空间有限元模型

2．2 ANSYS节段模型节间的选取

2．3 带水平K撑铁路钢桁梁斜拉桥节段模型概况

2．4 ANSYS节段模型受力行为分析

2．4．1 边界条件

2．4．2 主桁受力分析

2．4．3 水平K撑受力分析

2．4．4 桥面系受力分析

2．5 本章小结

第3章 K撑构造对桥面系受力行为敏感性分析

3．1 纵梁受力特性对比分析

3．2 横梁、横肋受力特性对比分析

3．3 下弦杆节点及K撑受力特性对比分析

3．4 本章小结

第4章 相似理论及K撑模型试验设计

4．1 相似理论

4．1．1 相似定理

4．1．2 试验模型与原结构相似的要求

4．1．3 模型试验的相似准则依据条件

4．2 模型试验方案设计

4．2．1 试验模型方案1

4．2．2 试验模型方案2

4．2．3 试验模型方案3

4．2．4 方案比选

4．3 K撑试验模型等效性分析

4．3．1 恒载工况下等效性分析

4．3．2 轴压工况下等效性分析

4．3．3 轴拉工况下等效性分析

4．4 试验加载方案与测试内容

4．4．1 试验加载方案

4．4．2 测试内容

4．5 本章小结

第5章 K撑模型试验结果分析

5．1 轴拉工况

5．1．1 下弦杆试验结果分析

5．1．2 纵梁试验结果分析

5．1．3 横梁、横肋试验结果分析

5．1．4 水平K撑试验结果分析

5．2 轴压工况

5．2．1 下弦杆试验结果分析

5．2．2 纵梁试验结果分析

5．2．3 横梁、横肋试验结果分析

5．2．4 水平K撑试验结果分析

5．3 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文