高速铁路系杆拱桥整体钢桥面计算方法及模型试验研究

摘要

在高速铁路钢系杆拱桥的设计中，整体钢桥面设计是一项重要的内容。传统的铁路钢桥以明桥面为主，纵横梁上搁置枕木，这种桥面形式，已满足不了高速铁路的行车安全性、舒适度和噪声等多项指标。随着高铁的发展，整体钢桥面因其自重轻，整体性好等优点，逐渐得到广泛应用。
　　 首先，介绍了国内外高速铁路系杆拱桥发展，并概括了整体钢桥面的结构形式及力学特点，总结了整体钢桥面计算方法的研究现状。针对系杆拱桥整体钢桥面的特点，通过参数分析，研究了桥面系荷载传递途径，分析并讨论了系杆拱桥三种受力体系。
　　 采用空间板梁法、板壳单元及空间系杆简化方法对高速铁路系杆拱桥整体钢桥面进行受力性能分析，对比三种计算结果，并探讨各方法在计算钢系杆拱桥整体钢桥面优化处理方式。
　　 介绍高速铁路整体钢桥面静载模型试验设计方法、试验荷载、测点布置等，通过静载模型安装，了解整体钢桥面各杆件构造。通过高速铁路整体钢桥面静载模型试验，研究静载作用下整体钢桥面各构件的受力行为、应力分布及应力集中情况，明确各杆件的传力途径，检验整体钢桥面结构设计的合理性、安全性。利用有限元分析结果对比模型试验数据，分析实际结构与模型的应力差别，验证试验结果。
　　 最后，对疲劳试验模型进行有限元分析，根据疲劳试验数据，对比理论计算结果，验证试验结果。试验证明：在疲劳荷载试验荷载幅作用200万次后，试验模型未发现裂纹，高速铁路整体钢桥面具有较好的疲劳抗裂性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1高速铁路系杆拱桥

1.2高速铁路系杆拱桥的发展

1.2.1国外高速铁路钢系杆拱桥

1.2.2国内高速铁路钢系杆拱桥

1.3高速铁路系杆拱桥整体钢桥面的发展

1.3.1国外整体钢桥面运用

1.3.2国内整体钢桥面发展

1.4系杆拱桥整体钢桥面计算方法的研究现状

1.4.1整体分析方法

1.4.2局部分析方法

1.5本文的主要研究内容

1.5.1工程背景

1.5.2本文的主要内容

第2章整体钢桥面受力特性分析

2.1引言

2.2桥面系传力途径分析

2.2.1桥面荷载传力途径

2.2.2桥面荷载传力比

2.2.3次横梁传力比

2.2.4系梁竖向弯矩分布

2.3系杆拱桥受力体系分解

2.4结论

第3章高速铁路系杆拱桥整体钢桥面计算方法

3.1引言

3.2空间板梁法(SPB法)

3.2.1 SPB法概述

3.2.2 SPB法桥面系处理

3.2.3 SPB法四种模型计算对比

3.2.4 SPB法梁单元剪切变形影响

3.3板壳单元法(SP法)

3.3.1 SP法概述

3.3.2 SP法模型建立

3.3.3 SP法计算结果分析

3.4空间系杆结构简化计算(SF法)

3.4.1 SF法概述

3.4.2桥面系简化原则

3.4.3钢桥面板有效宽度计算

3.4.4确定有效宽度方法和经验公式

3.5算例

第4章静载试验设计及模型安装

4.1静载模型设计

4.2静载模型加载设备、方法及荷载等级

4.2.1加载设备及方法

4.2.2试验荷载

4.2.3试验加载过程

4.3测试方案设计

4.3.1测试方法

4.3.2测试设备

4.3.3应变测点布置

4.3.4位移测点布置

4.4试验模型安装

4.4.1试件组成

4.4.2试件焊接

4.4.3焊接质量检查

4.4.4试件安装就位

第5章静载试验结果分析

5.1前言

5.2各杆件应力分析

5.2.1主横梁应力分析

5.2.2次横梁应力分析

5.2.3纵梁、板肋和U肋应力分析

5.2.4桥面板应力分析

5.3应力发展历程

5.3.1概述

5.3.2应力发展历程

5.4结构位移分析

5.4静载试验模型有限元计算分析

5.4.1计算方法

5.4.2位移实测值与理论计算比较

5.4.3应力实测值与理论计算比较

5.5本章小结

第6章疲劳试验结果分析

6.1引言

6.2疲劳试验概况

6.2.1试验方法及荷载情况

6.2.2理论计算

6.2.3测点布置

6.3疲劳试验测试结果分析

6.4连接焊缝测试结果与分析

6.5相关规范验算结果

6.6整体钢桥面板构造参数研究

6.6.1整体钢桥面板构造研究方法

6.6.2有限元参数分析

6.6.3整体钢桥面构造优化

6.7本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目