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高速铁路U型连续梁桥性能分析及优化研究
| 论文题名： | 高速铁路U型连续梁桥性能分析及优化研究 |
| 关键词： | 高铁桥梁;U型连续梁桥;有限元分析;材料特性;截面参数;优化设计;合理跨径 |
| 摘要： | 随着高铁“走出去”进程的加快，高速铁路桥梁亟需全新的观念来设计和施工。U型梁作为一种新型改进的槽形梁，具有节约钢材、降低噪音、方便养护、抗震性能强等优势，但国内外学者的研究大多限于U型梁的构造特点及正常使用状态下的弯剪扭等静力作用，对其承载力状况和优化性能的研究并不多见，在国内尚无U型梁应用于高铁桥梁上的工程实例。因此，针对以上内容，本文着力于高速铁路U型连续梁桥性能分析及优化研究，主要进行了以下几个方面的工作: (1)系统梳理了U型梁的国内外工程案例及发展现状，依托某预应力混凝土U型连续梁桥，对有限元分析理论、稳定理论、极限承载力理论、优化理论和时程分析理论进行了总结概述，为更好地推动U型梁在高速铁路桥梁建设工程中的应用奠定基础。 (2)为研究高速铁路U型连续梁桥材料特性对结构特性的影响，选取C40～C100七种不同强度等级的混凝土方案，研究其静动力特性，根据位移变化幅度和频率变化幅度，确定了适合高速铁路U型连续梁桥的混凝土强度等级为C50。 (3)为研究高速铁路U型连续梁桥截面特性对结构特性的影响，分别选取道床板厚度、道床板宽度、腹板厚度、腹板高度、上翼缘板厚度等五种参数的各六种方案，建立弹性稳定性能分析模型和几何非线性极限状态分析模型，分析了各参数对结构体系整体稳定安全的变化规律，并分析和探讨了各参数对高速铁路U型连续梁桥极限承载能力的影响情况。 (4)为研究一定跨度条件下的高速铁路U型连续梁桥合理截面特性，以安全性和经济性为前提对五种参数的截面特性进行优化，选定相对最大主压应力和相对质量为两个目标函数，以五种截面参数为优化设计变量，以拉应力、压应力、剪应力和位移为约束条件，建立优化分析模型，判定截面参数的合理值。 (5)为探讨某种材料特性和截面特性的高速铁路U型连续梁桥合理跨径，以优化后的材料和截面结果，建立动力性能分析模型，按相同边中跨比和不同边中跨比两种方案类型进行合理跨径比选。通过判断不同边中跨比值对中跨与边跨最大弯矩的影响，选定适合高速铁路U型连续梁桥的合理边中跨比值为0.6～0.7。利用时程分析，以滞回曲线的机理为基础，判定跨径对耗能能力的影响，确定了适合高速铁路U型连续梁桥的合理中跨跨径范围为50～70m。 通过对高速铁路U型连续梁桥进行性能分析及优化研究，得知了影响U型梁结构力学性能的截面参数、材料特性、合理边中跨比值及合理中跨跨径，为同类型高铁U型连续梁桥设计和施工提供了一定的技术支撑。 |
| 作者： | 王云云 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 雷俊卿 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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