大跨度钢斜拉桥索梁锚固结构试验研究

摘要

随着大跨斜拉桥的不断发展，对其索梁锚固结构也提出了更高的要求。索梁锚固结构区域受力集中、构造复杂，是控制设计的关键部位，掌握索梁锚固结构的应力分布情况和疲劳性能是十分重要的。本文介绍了大跨度钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构常见的4种连接形式：锚箱式、耳板式、锚管式和锚拉板式连接，并对安庆长江大桥和苏通长江公路大桥锚箱式索梁锚固结构进行了足尺静载和疲劳模型试验。围绕试验，对相关问题展开了分析和理论研究，论文主要内容如下： 1．对索梁锚固结构相关的一些试验和理论研究进行了介绍，对各种索梁锚固结构的传力途径、应力分布、应力集中现象进行了分析。 2．利用空间有限元法对索梁锚固结构进行非线性仿真分析，采用不同方法建模，并将计算结果与静载模型试验结果相比较，验证了实体单元加接触单元法的计算模型能够较真实地反映锚箱锚垫板与承压板之间不焊接但紧密压贴的关系。 3．由于目前软硬件能力的限制，在进行大跨度斜拉桥钢锚箱式索梁锚固结构空间非线性仿真分析和试验时，只能采用局部模型进行研究，详细探讨了索梁锚固结构周围边界条件的不同对结构受力的影响，计算了实桥模型在不同约束条件下索梁锚固区的各种应力分布情况。 4．针对我国公路桥梁设计规范暂无疲劳荷载规定的情况，在综合国内一些城市和国道路段车辆荷载统计资料的基础上，参照苏通长江大桥工可交通量的预测和公路工程技术标准，确定了能够引起大桥疲劳的车重及其数量，进而计算了等效标准疲劳加载车重量及其作用在不同车道引起的索力变化，最后参考国外规范和研究成果，根据疲劳累积损伤理论，对苏通长江公路大桥主桥索梁锚固结构疲劳试验荷载的计算公式、方法进行了研究。 5．为了避免出现斜拉桥索梁锚固结构疲劳试验中辅助部分首先疲劳开裂的问题，在以往索梁锚固结构疲劳试验模型设计的基础上，考虑结构疲劳寿命的影响因素，研究了疲劳试验模型设计的进一步优化，结合苏通长江公路大桥钢锚箱式索梁锚固结构足尺疲劳试验，验证了锚箱式索梁锚固结构的疲劳可靠性。 6．在试验和理论计算的基础上，得出了索力在锚箱式索梁锚固区主要焊缝间的分配比例，分析了锚固区主要板件的受力特点和产生应力集中的原因；探讨了索梁锚固结构的设计优化，研究了主要焊缝长度、加劲肋和横隔板等对主梁腹板应力的影响，提出了一些可供参考的优化设计原则。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究的背景与意义

1.2索梁锚固结构的设计原则和主要形式

1.3索梁锚固结构主要形式的特性分析

1.4国内外试验与理论相关研究现状

1.5存在的问题

1.6本文研究的主要内容

第二章 大跨钢斜拉桥索梁锚固结构静载试验研究

2.1大跨钢斜拉桥索梁锚固静载试验和理论研究概况

2.2安庆和苏通长江大桥索梁锚固结构静载试验研究

2.3本章小结

第三章 锚箱式索梁锚固结构静力行为研究

3.1计算模型的优化分析

3.1.1材料非线性特性的确定

3.1.2主要单元类型的选取

3.1.3非线性方程组的求解

3.1.4计算模型的优化

3.1.5不同方法建模的计算结果比较分析

3.2索梁锚固区边界条件的模拟方法研究

3.2.1钢锚箱的计算模型

3.2.2索梁锚固梁段的计算模型

3.2.3索梁锚固区不同模型计算结果比较

3.3本章小结

第四章 大跨钢斜拉桥索梁锚固结构疲劳试验研究

4.1焊接结构的疲劳问题

4.1.1疲劳现象

4.1.2焊接接头疲劳强度分析评定方法

4.2索梁锚固结构疲劳试验研究概况

4.3安庆长江大桥索梁锚固结构疲劳试验及裂纹分析

4.3.1疲劳试验及加载概况

4.3.2疲劳试验裂纹分析

4.3.3疲劳试验模型有限元分析

4.4苏通长江大桥索梁锚固结构疲劳试验及裂纹分析

4.4.1疲劳试验及加载概况

4.4.2疲劳试验裂纹分析

4.4.3疲劳试验模型有限元分析

4.5本章小结

第五章 索梁锚固结构疲劳荷载及模型设计优化研究

5.1索梁锚同结构疲劳试验荷载的确定方法

5.1.1国外规范相关规定及公式推导

5.1.2车辆荷载的调查研究

5.1.3桥梁标准疲劳加载车的确定

5.1.4桥梁设计寿命内疲劳荷载循环次数

5.1.5疲劳模型试验荷载的确定及算例

5.1.6疲劳模型试验荷载计算公式使用说明

5.2疲劳试验模型的模糊多目标设计优化

5.2.1结构设计优化研究概况

5.2.2疲劳试验模型多目标优化设计问题的提出

5.2.3模糊多目标优化设计的目标函数和约束条件

5.2.4疲劳试验模型结构的模糊优化设计

5.3本章小结

第六章 锚箱式索梁锚固结构合理构造形式研究

6.1锚箱式索梁锚固区传力途径及应力分析

6.1.1分析模型

6.1.2传力途径及索力的分配关系

6.1.3主要板件应力集中原因分析

6.2锚箱式索梁锚固结构合理构造形式研究

6.2.1锚箱底板剪应力随长度变化规律研究

6.2.2主梁横隔板和加劲肋的影响

6.2.3主要抗剪焊缝合理长度分析

6.3锚箱式与其它索梁锚固结构形式的比较

6.4本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研工作