铁路波纹钢腹板箱梁单索面矮塔斜拉桥方案设计及其结构静动力计算研究

摘要

论文首先总结回顾了波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥的国内外发展状况及结构特点。论文以铁路拟建嘉陵江大桥为工程背景，首次提出单索面波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥设计方案，采用大型有限元计算软件MIDAS建立基于梁单元的全桥组合有限元模型，详细计算分析桥梁94个施工阶段的受力和变形，考虑并分析时间依存效应对成桥后期结构的影响；计算分析运营阶段列车活载、风荷载、体系温度荷载、温度梯度荷载、横向摇摆力、制动力和不均匀沉降各单独工况作用及各种组合工况作用下桥梁的效应；利用子空间迭代法计算了桥梁的自振周期和振型，用反应谱法和时程分析法对该桥地震响应进行计算分析。作者还利用大型有限元软件ALGOR建立全桥实体单元模型，并进行考虑施工阶段的全桥空间有限元静力计算，着重对波纹钢腹板进行详细应力分析，并对其局部、整体和组合三种剪切屈曲模式进行检算分析，给出其应力分布规律和受力特点。由此，作者比较全面地了解了波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥的静力和动力性能，并掌握了运用大型有限元软件计算大跨度桥梁的方法。

目录

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第1章绪论

1.1波纹钢腹板箱梁概述

1.1.1波纹钢腹板箱梁发展概况

1.1.2波纹钢腹板箱梁研究概况

1.1.3波纹钢腹板箱梁结构特点

1.2波纹钢腹板箱梁构造要点

1.2.1波纹钢腹板立面布置

1.2.2波纹钢腹板的常用形状和尺寸

1.2.3波纹钢腹板之间的连接

1.2.4波纹钢腹板和混凝土顶板与底板的连接

1.2.5波纹钢腹板与横隔梁板的连接

1.2.6波纹钢腹板与内衬混凝土的连接

1.2.7体外索及其锚固块

1.3一般矮塔斜拉桥和波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥发展状况

1.3.1矮塔斜拉桥的发展概况

1.3.2矮塔斜拉桥的结构特点

1.3.3第一座波纹钢腹板矮塔斜拉桥—日见桥

1.3.4第二座波纹钢腹板矮塔斜拉桥—栗东桥

1.4本文的主要工作

第2章波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥方案设计和空间梁单元模型的建立

2.1桥梁设计方案

2.1.1主梁

2.1.2桥塔

2.1.3斜拉索

2.2基于梁单元的桥梁有限元模型

2.2.1波纹钢腹板箱梁的模拟

2.2.2斜拉索的模拟

2.2.3基础模型和地基作用的模拟

2.2.4桥塔的模拟

2.2.5混凝土收缩、徐变、强度增长的模拟

2.3小结

第3章波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥施工阶段计算分析

3.1施工计算阶段划分

3.2施工计算阶段位移计算分析

3.3施工计算阶段应力计算分析

3.3.1施工计算阶段主梁应力计算分析

3.3.2施工计算阶段塔柱应力计算分析

3.3.3施工计算阶段斜拉索应力计算分析

3.3.4施工计算阶段塔墩应力计算分析

3.4施工阶段计算分析小结

第4章波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥运营阶段计算分析

4.1运营阶段的计算作用荷载

4.2列车活载作用计算分析

4.2.1列车活载影响线计算

4.2.2列车活载作用下位移计算分析

4.2.3列车活载作用下内力和应力计算分析

4.3温度荷载作用计算分析

4.3.1温度荷载作用下位移计算分析

4.3.2温度荷载作用下应力计算分析

4.4风荷载作用计算分析

4.4.1风荷载作用下位移计算分析

4.4.2风荷载作用下应力计算分析

4.5各分项荷载作用计算汇总

4.6荷载组合作用计算分析

4.7运营阶段计算分析小结

第5章波纹钢腹板箱梁矮塔斜拉桥的动力计算分析

5.1固有振动特性计算分析

5.1.1固有振动理论

5.1.2固有振动计算结果与分析

5.2地震反应谱的计算分析

5.2.1反应谱分析理论

5.2.2输入地震动

5.2.3反应谱振型分析

5.3.4反应谱及其组合的计算分析

5.3地震时程计算分析

5.3.1反应谱法与时程反应分析法的特点

5.3.2地震动反应分析理论

5.3.3输入地震波

5.3.4地震时程分析

5.4小结

第6章波纹钢腹板详细应力分析和剪切屈曲计算

6.1基于实体元的全桥详细计算模型的建立

6.2波纹钢腹板静力计算结果分析

6.3波纹钢腹板剪切屈曲分析

6.3.1局部屈曲模式

6.3.2整体屈曲模式

6.3.3组合屈曲模式

6.4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