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原文传递城市下穿式立交双仓框架涵结构受力分析和尺寸优化设计

论文题名：	城市下穿式立交双仓框架涵结构受力分析和尺寸优化设计
关键词：	下穿式立交双仓框架涵结构;受力分析;尺寸设计;有限元分析
摘要：	城市交通拥挤现象随着城市化水平的不断提高而日益明显。为了缓解城市交通拥挤,从整体上采取拓宽路上交通线路、修建轨道交通外,还从局部上采取修建下穿式立交等解决重要路口的交通拥挤,使直行车辆沿下穿式立交通行而不受红绿灯约束,从而达到整条路线的顺畅。下穿式立交一般修建在车流量密集的城市主干道,因此,为了减小由于施工带来的对城市交通的影响,修建下穿式立交时尽量缩短施工工期。本文以实际工程为背景,采用基坑明挖主体结构预制拼装的施工工艺进行下穿立交的施工,达到基坑工程和主体工程同时施工以缩短施工周期的目的。　　本文采用有限元分析法对下穿立交框架涵结构的埋置深度和横截面各构件尺寸进行研究,采用大比例模型的静载试验和模态试验对有限元模型的建模方法进行正确性佐证。在建模方法正确的基础上,对框架涵结构的埋置深度和横截面各构件尺寸进行参数化分析,从而得到框架涵的最适埋深以及最适埋深下受力最佳横截面尺寸,最终取得受力合理、用料节省的下穿式立交结构尺寸。本论文主要工作及结论有: 　　1)通过查阅文献资料,了解国内外隧道工程的发展和成就,熟悉相关施工工艺。此外,还介绍本论文工程背景的施工工艺、论文的主要研究内容、研究技术路线和所要达到的研究目的; 　　2)根据相似原理制作1:4的框架涵试验模型,进而对试验模型进行静载试验和模态试验。静载试验中采用百分表和硅胶式应变片分别测得框架涵在不同工况加载受力下的控制截面的位移和应变,而模态试验中采用加速度传感器采集框架涵的自振频率,对采集到的试验数据进行筛选整理,与有限元模型下的理论数据进行对比做准备; 　　3)采用有限元分析软件建立框架涵三维空间模型,其中框架涵混凝土材料和上下连接处钢板材料采用实体单元进行模拟,框架涵和基础之间的接触采用弹簧单元进行模拟,模型所加荷载为试验模型中相应位置的集中荷载,经计算并提取与试验模型测点位置相应的位移和应力,将有限元理论值和试验实测值进行对比分析,验证建模方法的正确性; 　　4)在明确有限元建模方法正确的基础上,将有限元模型尺寸扩大至实际工程中框架涵的尺寸,取纵向长度为单位长度,除所加外荷载转换成均布荷载外,有限元模型采用的单元和边界条件均不变。在框架涵横截面尺寸不变的条件下,研究框架涵承受土压力和汽车荷载综合作用下控制截面受力随埋深变化的规律,并得到在某横截面尺寸下的最适埋深;此外,在框架涵埋深不变的条件下,研究其横截面各构件尺寸大小对框架涵受力的影响,进而得到优化后的横截面尺寸; 　　5)在参数化分析中,采用单一参变量分析,从结构受力安全的角度出发并最终给出了在横截面尺寸保持不变下的最适埋深和在实际埋深下的最优横截面尺寸,进而对优化前和优化后的两种尺寸进行对比分析,表明优化前后的两种框架涵横截面尺寸,用料基本一致,但优化后的框架涵受力性能明显提高,由此可知,若保证优化前后受力性能一致的基础上,优化后的框架涵在用料上将更经济。
作者：	吴焕庆
专业：	建筑与土木工程
导师：	刘世忠
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文