双桁四线板桁组合连续钢桁梁受力性能及计算方法研究

摘要

正交异性整体钢桥面板与桁架组合体系桥梁具有刚度大、整体性好、动力性能好、噪声小等优点，是高速铁路大跨度钢桥较为合适的结构形式之一。但下弦杆、纵梁、横梁的上翼缘是钢桥面板的组成部分，体系受力复杂。四线铁路桥梁采用双桁体系，设计难度更大。 论文以在建的南昌枢纽东新赣江大桥四线板桁组合连续钢桁梁的设计工作为背景，从受力性能与计算方法两个方面进行较深入的探讨，其主要工作如下： 1、对钢桁梁桥的发展历史做了系统的回顾，概括了板桁组合体系的结构形式及力学特点，总结了计算方法的研究现状。 2、针对双桁四线板桁组合桥梁的特点，确定采用空间板梁单元法、平面简化计算方法和桥面体系分析的空间板壳单元整体分析法分别建立不同层次和规模的有限元模型，并对不同方法的精度、适用范围及计算代价等进行了对比和评价。 3、采用空间板梁单元法、平面简化计算方法分别对东新赣江大桥进行了受力性能分析，对比了两种计算方法的结果，并探讨各敏感参数对结构受力的影响。分析了规范对强度、稳定的计算原则，编制了杆件检算程序并对主桁杆件进行检算。 4、介绍钢桁梁适宜的几种施工方法，并对纵向拖拉法施工和悬臂拼装施工进行综合比较。结合东新赣江大桥的特点，对施工过程进行仿真分析，探讨了跨中无应力合龙的条件，并对施工过程提出参考建议。 5、对节点板刚性、节点板刚性域大小对结构受力影响做了深入的分析，对如何考虑节点交汇处杆件梁端刚性域的影响提出了一些建议。 6、采用空间板壳单元整体分析法，对正交异性板桥面参与全桥受力性能进行分析和参数化研究；结合分析结果，探讨了大跨度板桁组合体系钢桥面的合理布置形式及其适用范围。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1选题背景

1.2我国铁路钢桁梁桥的发展

1.2.1我国铁路钢桁粱桥的建设成就

1.2.2我国铁路钢桁梁桥的设计、制造技术发展

1.3铁路正交异性板整体钢桥面的结构形式与发展

1.4铁路板桁组合结构计算方法的研究现状

1.4.1基于空间的分析方法

1.4.2基于平面的分析方法

1.5大跨度板桁组合钢桁连续梁设计理论框架

1.6本文的主要研究内容

1.6.1本文的工程背景

1.6.2本文的主要内容

第2章 板桁组合连续梁桥分析的有限元模型

2.1引言

2.2整体分析的空间板梁单元法

2.2.1空间板梁单元法的基本思路

2.2.2空间板梁单元法的计算模型

2.3整体分析的平面简化方法

2.3.1平面简化分析方法的基本思路

2.3.2平面简化分析方法的计算模型

2.4桥面系分析的空间板壳单元法

2.4.1桥面系分析的空间板壳单元法基本思路

2.4.2桥面系分析空间板壳单元法的计算模型

2.5本章小结

第3章 四线连续梁桥的受力行为及平面检算方法

3.1东新赣江大桥的空间静力行为

3.1.1成桥状态恒载效应分析

3.1.2最不利设计活载布载效应分析

3.1.3运营荷载效应分析

3.2设计参数对受力行为的影响分析

3.2.1横联刚度对受力行为的影响

3.2.2 K撑对受力行为的影响

3.3东新赣江大桥主桁杆件的强度、稳定检算

3.3.1构件强度检算方法

3.3.2构件稳定检算方法

3.3.3检算程序的实现及检算工况

3.3.4主桁杆件检算结果

3.4本章小结

第4章 连续钢桁梁施工过程中的受力行为研究

4.1两种不同施工方法的比较

4.1.1悬臂拼装法的工法特点

4.2.2纵向拖拉法的工法特点

4.2.3两种工法的比较

4.2东新赣江大桥的施工过程及其要点

4.3东新赣江大桥施工过程中的受力分析

4.3.1施工计算方法

4.3.2施工过程阶段划分

4.3.3施工计算模型及关键问题在计算中的考虑

4.3.4施工过程关键阶段下的受力行为

4.4东新赣江大桥施工过程中的关键问题及控制措施

4.5本章小结

附图

第5章 节点刚性对钢桁连续梁受力的影响分析

5.1东新赣江大桥的节点选型

5.2桁架节点刚性次应力研究综述

5.2.1二次应力的概念

5.2.2次应力的产生原因

5.2.3国内外规范对次应力的规定

5.3大跨度钢桁梁桥的节点刚性影响

5.3.1节点刚性次应力计算方法

5.3.2节点刚性对挠度计算的影响

5.3.3节点刚性对杆件轴力计算的影响

5.3.4节点刚性对应力计算的影响

5.3.5主要结论与探讨

5.4大跨度钢桁梁桥的节点刚性域影响

5.5本章小结

第6章 正交异性钢桥面的力学行为与合理布置形式

6.1正交异性钢桥面板的叠加计算方法

6.1.1正交异性板的经典体系划分

6.1.2正交异性板的经典计算理论

6.2正交异性钢桥面板的整体计算方法

6.3正交异性钢桥面的受力行为分析

6.3.1横梁的受力状态

6.3.2纵梁的受力状态

6.3.3桥面板的受力状态

6.3.4设置K撑对桥面体系受力的影响

6.4桥面布置对受力行为的影响分析

6.4.1横梁刚度对桥面体系受力的影响

6.4.2纵梁刚度对桥面体系受力的影响

6.4.3桥面板厚度对桥面体系受力的影响

6.4.4小结

6.5板桁组合桥梁合理桥面布置形式及适用范围

6.6本章小结

结论

1主要的研究结论

2需要进一步研究的问题

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