刚构连续梁桥墩梁固节点结构光弹性实验研究和有限元分析

摘要

预应力混凝土刚构连续梁桥是在预应力混凝土连续梁和T型刚构基础上发展起来的一种新型连续梁结构。这种结构兼具连续梁和T型刚构桥的优点。同时随着设计理论的日益完善以及预应力技术和现代化施工方法的发展，刚构连续梁桥在国内外桥梁工程得到了迅猛的发展。但就其受力状况而言，刚构连续梁桥却远比连续梁或T构体系复杂，其中墩梁固节点结构是整个刚构连续梁桥中应力最复杂的部分，是刚构连续梁桥的关键部位。因此，对墩梁固节点结构进行应力分析，对优化工程结构是极其重要的工作。 本文结合铁路跨江某预应力混凝土刚构连续梁桥，分别通过三维光弹性冻结应力法和有限元计算，对墩梁固节点结构在不同承载工况下进行了应力分析。结果表明，两种方法所得的结果比较吻合。 本文在获取实验数据时，利用数字图像处理技术对光弹性条纹图像进行了等差线条纹的倍增和等倾线条纹的分离和细化。研究了利用三角函数法实现了单幅条纹图的三倍倍增。利用对数相减法实现了等倾线条纹的分离，并且使条纹得到了细化，便于条纹中心线的提取。利用了一种实用的图像处理技术——灰度极值结合曲线拟合法成功地提取了等倾线条纹的中心线，提高了等倾线中心线提取的速度和准确度。 本文对墩梁固节点结构进行有限元分析时，考虑到有限元计算模型要精确、完善，且能反映结构复杂的几何形状，利用SolidWorks软件建立固节点结构空间模型，再利用图形接口引入到ANSYS中进行有限元计算，提高了计算精度。对结构在最不利载荷组合下应力计算结果验证了原设计的可靠性和合理性，也为最佳结构型式的设计提供了参考依据。 本文通过实验和计算所得的应力分析结果，为刚构连续梁桥墩梁固节点结构方案的比较、优化设计和施工提供了重要依据，并已应用到工程实际中，发挥了重要作用。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1光弹性实验和有限元计算在桥梁工程中的重要作用

§1.1.1光弹性实验在桥梁工程中的重要作用

§1.1.2有限元计算在桥梁工程中的重要作用

§1.2刚构连续梁桥的特点

§1.3墩梁固节点结构应力分析的目的和重要性

§1.4本文的主要工作

§1.4.1光弹性实验的主要内容

§1.4.2有限元分析的主要内容

第二章墩梁固节点光弹性模型的设计与制作

§2.1光弹性模型的制作

§2.2光弹性模型的浇铸与固化工艺

§2.3光弹性模型的机械加工

§2.4光弹性模型浇铸时注意事项

第三章实验加载装置及应力冻结

§3.1结构承载情况及边界条件模拟

§3.2加载方案及应力冻结

第四章光弹性测试原理和实验结果

§4.1切片方案

§4.2光弹性测试原理及测试方法

§4.2.1光弹性测试原理

§4.2.2测试方法

§4.3光弹性等差线与等倾线的图像处理

§4.3.1图像的预处理

§4.3.2等差线倍增法

§4.3.3等倾线的获取

§4.3.4等倾线中心线的提取

§4.4实验结果

第五章墩梁固节点结构的有限元分析

§5.1有限元法概述

§5.2有限元法分析的基本原理

§5.3有限元模型的建立

§5.3.1结构的建模

§5.3.2模型网格的划分

§5.3.3计算模型约束条件与承载工况

§5.4有限元计算结果及分析

§5.4.1固节点结构变形情况

§5.4.2固节点结构应力分析

§5.5有限元计算与光弹性实验结果比较

第六章分析与建议

第七章全文总结

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢