钢箱系杆拱桥拱座节段力学行为与应力优化研究

摘要

由于拱脚结点受力和构造复杂，拱肋、主梁、横梁和支座交汇于此，局部加强构件较多，相互交错，相互影响，且存在钢混结构之间的内力传递问题，整体分析中很难精确考虑局部模型的具体构造细节，因此需在全桥整体分析之后，对拱脚钢混结合段进行局部应力分析。通过拱座钢混结合段局部应力分析结果，了解拱座钢混结合段各构件应力分布规律，掌握拱座钢混结合段中受力最不利位置的应力分布情况，并对应力较大区域的细部设计进行优化和改进。本文完成的主要工作如下：　　(1)总结了拱座钢混结合段的研究背景、研究意义以及研究现状,明确了研究钢箱系杆拱桥拱脚钢混结合段应力分布规律的重要性。　　(2)建立了钢箱系杆拱桥的全桥模型，把控制截面处于最不利状态下的荷载工况称为最不利荷载工况，分析了该工况下全桥的位移、应力和内力的分布情况，提取了最不利荷载工况下截取截面的内力。　　(3)讨论了局部分析的重要性，研究了局部分析的方法以及局部模型的截取原则和建立方法,确定了边界条件等效施加的方法。　　(4)比较准确地建立了拱脚钢混结合段局部有限元模型，并对局部模型在最大轴压力、最大正弯矩和最大负弯矩三种工况下进行了数值计算，通过计算研究了各构件的应力分布情况以及各构件的传力途径和规律。　　(5)通过在过渡段位置增设纵横交错的纵隔板、在承压板四角位置增设预应力钢拉杆以及过渡段填充混凝土三种优化措施进行数值分析，并对优化前后的应力结果进行对比，验证优化后的受力更加合理。　　(6)通过多种构造措施对钢混结合段各构件应力集中部位进行改进以降低应力集中程度，防止局部应力过大，造成结构提前破坏。　　(7)最后总结了钢混结合段各构件的应力分布规律以及优化前后各构件应力的改变情况，提出了本文研究的不足之处。

目录

声明

第1章绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究的背景

1.1.2 研究的意义

1.2 国内外研究的现状

1.3 研究的主要内容

第2章 钢混结合段局部有限元模型

2.1.2 局部分析的方法

2.1.3 两种局部分析方法的比较

2.2 拱脚钢混结合段非线性局部模型的建立

2.2.1 材料的本构关系

2.2.2 分析模型

2.2.3 控制收敛的方法

2.3 有限单元法基本原理

2.4 本章小结

第3章全桥模型建立与分析

3.1 工程概况

3.1.1 总体

3.1.2 模型截面几何尺寸

3.1.3 主要技术标准

3.1.4 主要材料

3.1.5 主要荷载

3.2 全桥有限元模型的建立

3.2.1 模型的简化

3.2.2 单元的选取

3.2.3 边界条件

3.2.4 荷载组合

3.3 分析结果

3.3.1 位移分析结果

3.3.2 应力分析结果

3.3.3 内力分析结果

3.4 本章小结

第4章 拱座钢混结合区域应力分析

4.1.3 基本假定

4.1.4 单元类型选取

4.1.5 单元网格划分

4.1.6 荷载及边界条件

4.2.1 拱肋钢箱应力状态

4.2.2 拱肋钢-混结合段应力状态

4.2.3 主梁钢箱应力状态

4.2.4 主梁钢-混结合段应力状态

4.2.5 混凝土拱座应力状态

4.2.6 拱座横梁应力状态

4.3 最大正弯矩工况下钢-混结合段受力性能

4.3.1 拱肋钢箱应力状态

4.3.2 拱肋钢-混结合段应力状态

4.3.3 主梁钢箱应力状态

4.3.4 主梁钢-混结合段应力状态

4.3.5 混凝土拱座应力状态

4.3.6 拱座横梁应力状态

4.4 最大负弯矩工况钢－混结合段受力性能

4.4.1 拱肋钢箱应力状态

4.4.2 拱肋钢-混结合段应力状态

4.4.3 主梁钢箱应力状态

4.4.4 主梁钢-混结合段应力状态

4.4.5 混凝土拱座应力状态

4.4.6 拱座横梁应力状态

4.5 本章小结

第5章 钢混结合段局部应力优化研究

5.1 概述

5.2 拱脚结点应力优化原则

5.3 拱脚结点应力优化措施

5.4 拱座钢混结合段应力优化分析

5.4.1 增设纵隔板

5.4.2 增设钢拉杆

5.4.3 增设混凝土

5.5 拱座钢混结合段应力优化建议

5.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科技项目