钢桁梁柔性拱组合体系桥受力分析及节点板研究

摘要

厦深铁路客运专线榕江特大桥系主跨为(110+220+220+110m)的钢桁梁与柔性拱组合体系桥，其跨度在同类型桥梁中位居世界首位。该桥的节点构造形式采用了整体式节点技术即:节点板事先在工厂拼装焊接成型，然后再往整体节点板上拼装主桁等杆件。此类节点的整体刚度和局部刚域效果相较于外贴式节点都要高，同时该桥的部分节点由于拱-桁和桁-加劲肋等结构特征导致其结构构造和应力分布较为复杂，针对该桥的结构形式和高速铁路双线荷载的特殊背景，同时配合铁道部科技研究开发计划的需要，本文对该桥的关键整体节点板以及刚性吊杆与主拱连接外贴式节点的进行受力分析，主要工作有:
　　1.介绍了钢桁-拱桥的特点，列举了国内钢桁梁拱桥的发展状况，同时概括了针对节点板研究的发展状况。
　　2.基于线弹性、小变形理论，采用通用有限元软件，建立了榕江特大桥上部结构的有限元分析模型并开展了施工阶段、运营阶段做了数值仿真分析。运用子空间迭代法分析计算了该桥的前八阶自振特性，与设计院提供的数据基本吻合，验证了设计的安全性和本文计算模型的可靠性。
　　3.对实桥节点采用薄板单元建立有限元模型并进行了线性静力分析，基于等效原理，将课题组中1∶3模型试验结果与本文理论分析结果进行了对比，校验了本文方法的可靠性。
　　4.为探讨整体节点板的次应力效应，就整体结构中节点分别按铰接模式和刚接模式两者不同模式下的整体节点板力学效应进行了对比分析，得出了其次应力的一些分布规律。
　　5.针对刚性吊杆与主拱整体式节点板的连接为外贴式节点方式，考虑外贴式节点板中板-板和板-栓接触非线性特点，对该节点进行了非线性接触分析，对多排螺栓群接触力发展历程和传力规律进行了初步探索。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内钢桁梁拱桥发展状况

1．3 节点板研究状况

1．3．1 铆栓节点板

1．3．2 整体式节点板

1．3．3 节点板中的接触和摩擦问题

1．4 本文背景桥概况

1．5 本文宗旨

2 榕江特大桥上部结构计算分析

2．1 有限元模型

2．1．1 材料特性

2．1．2 单元类型

2．1．3 节点和单元

2．1．4 荷载和质量

2．1．5 边界条件

2．2 梁单元模型施工阶段分析

2．2．1 施工方案

2．2．2 钢梁计算分析

2．2．3 拱肋计算分析

2．3 粱单元模型运营阶段分析

2．3．1 计算参数和工况

2．3．2 各工况下位移计算

2．3．3 各工况下应力计算

2．4 杆单元模型计算结果对比

2．4．1 各工况下位移计算

2．4．2 各工况下应力计算

2．4．3 两种模型计算结果对比

2．5 自振特性分析

2．6 本章小结

3 整体节点板受力分析与模型试验

3．1 典型节点概况

3．1．1 A28节点梅造

3．2 A28节点数值建模

3．2．1 材料特性

3．2．2 单元类型

3．2．3 荷载换算

3．2．4 边界条件

3．3 A28节点计算结果及分析

3．3．1 节点板计算结果

3．3．2 拱肋平扳计算结果

3．3．3 弦杆平板计算结果

3．4 A28节点模型试验

3．4．1 试验模型介绍

3．4．2 加载装置

3．4．3 测点布置

3．4．4 等效原理

3．4．5 加载原则

3．4．6 试验结果

3．5 A28节点模型试验数据分析及有限元结果验证

3．5．1 应力分布图

3．5．2 有限元模型的验证

3．6 本章小节

4 基于刚性节点的整体节点板受力分析

4．1 引言

4．2 E11节点构造

4．3 E11节点数值建模

4．3．1 材料特性

4．3．2 单元类型

4．3．3 荷载换算

3．2．4 有限元模型

4．4 E11节点板计算结果及分析

3．6 本章小节

5 典型节点板非线性接触分析

5．1 引言

5．2 midas-FEA关于接触分析的机理

5．3 G20节点构造

5．3．1 G20节点的特殊性

5．3．2 G20节点的简化

5．4 G20节点数值建模

5．5 G20节点接触分析计算结果

5．5．1 G20节点的变形、应力计算结果

5．5．2 板件之间摩擦特性

5．5．3 螺栓孔壁接触力

5．6 本章小节

6 结论与展望

6．1 本文主要工作

6．2 本文主要结论

6．3 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果