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原文传递单承载面下承式连续梁拱组合体系桥结构性能相关问题研究

论文题名：	单承载面下承式连续梁拱组合体系桥结构性能相关问题研究
关键词：	桥梁结构;侧倾稳定;有限元分析;极限承载力;荷载分布
摘要：	随着社会的进步，桥梁结构的意义已不再是仅仅满足人们交通需求的实用价值，科学、艺术与人文的完美结合成为现代桥梁设计不断追求的新理念。单承载面下承式连续梁拱组合体系桥是在传统连续梁桥与拱桥的基础上发展形成的一种极具特色的新型桥梁结构形式，其具有新颖简约、美观大方、视野通透、受力合理、适应性强等优点，拥有很广阔的发展前景和空间。　　本文以当前最大跨度的单承载而下承式连续梁拱组合体系桥—辽宁省庄河干沟大桥以及与其结构形式相似的营口临港工业区滨湖路沙河单肋拱桥为研究背景，围绕该桥型结构性能相关的问题，进行了如下方面的研究工作: 　　(1)基于能量变分原理，在简支梁拱组合体系研究基础上，考虑边跨影响因素，提出了单承载面下承式连续梁拱组合体系桥侧倾稳定的实用计算方法，通过与有限元分析结果进行对比，验证了本文所提方法的实用性和可靠性。基于结构稳定理论，考虑几何和材料非线性影响，采用非线性有限元法，分析了庄河干沟大桥的极限承载力，指出若要准确评价此类结构的稳定性，非线性弹塑性分析是必要的。还讨论了荷载分布形式、初始几何缺陷、边跨及拱脚钢混结合段对结构非线性稳定性能的影响，结果表明:活载分布方式对结构极限承载力的影响比较明显;不同的缺陷分布方式和缺陷幅值大小对结构极限承载力的影响不同;边跨对结构极限承载力的提高作用非常有限;当拱脚钢混结合段长度合理时，其可有效提高结构的侧倾稳定性。　　(2)基于吊杆膜化的假定，将下承式连续梁拱组合体系分解为吊杆和梁拱组合体两种构件，通过力法求解出边跨端支点支反力，并以恒载及中跨满布活载两种临界状态下边跨端支点不出现负反力作为出发点，推导了下承式连续梁拱组合体系桥临界边中跨比的计算公式，研究了此类桥梁不同情况下的边中跨比取值范围，结果表明:下承式连续梁拱组合体系边中跨比的合理取值范围与拱肋、主梁及吊杆三者的相对刚度有关，且由于拱对连续梁的加强和调节作用，下承式连续梁拱组合体系桥比连续梁桥边中跨比的取值更小，跨径布置也更加灵活;通过吊杆张拉和边跨压重的措施，可以使下承式连续梁拱组合体系桥的边中跨比取值进一步减小，从而节省了造价且能充分适应桥位地形。　　(3)假定抛物线为结构的合理拱轴线形，从材料强度极限和结构侧倾稳定两方面考虑，推导了单承载面下承式连续梁拱组合体系桥的理论极限跨径计算公式。讨论了三种不同常见材料组合情况下结构的极限跨径，结果表明:钢筋混凝土拱肋预应力钢筋混凝土主梁结构与钢拱肪预应力钢筋混凝土主梁结构的理论极限跨径由其材料强度因素控制，且极限跨径随结构矢跨比的增大而增大;钢拱肋钢主梁结构当矢跨比小于1/7时，其极限跨径由材料强度控制，而当矢跨比大于1/7时，其极限跨径由结构的侧倾稳定控制;研究结果可为此类结构体系的方案阶段设计提供参考。　　(4)采用钢拱肋和预应力钢筋混凝土主梁的混合结构单承载面下承式连续梁拱组合体系桥，呈现出了良好的经济指标和跨越能力。连接拱肋与主梁的钢混结合段是整个结构受力的关键部位，而其中作为主要传力构件的PBL剪力键是钢混结合段设计的核心。首先进行了混合结构PBL剪力键的推出试验，研究了单个PBL剪力键的受力性能;然后利用非线性有限元法对推出试验进行了数值模拟，并与试验结果进行对比，验证了有限元法研究PBL剪力键正常使用极限状态性能的可行性和有效性。在此基础上，确定了PBL剪力键群正常使用极限状态下的工作性能指标，并利用非线性有限元数值模拟试验研究了三维空间布置PBL剪力键群的传力特征，指出“键群效应”主要表现为沿PBL剪力键群传力方向上多层剪力键受力的不均匀性，同时提出了PBL剪力键群设计承载力折减系数和等效传递层数的概念，获得了PBL剪力键群等效传递层数随实际布置层数变化的规律。基于以上研究成果，提出了混合结构PBL剪力键群的设计计算方法，并通过实际工程应用及结合段试验证明了本文方法的可靠性。初步探索了PBL剪力键群与栓钉剪力键群联合使用的混合型剪力键群的力学性能。
作者：	许斐
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张哲
授予学位：	博士
授予学位单位：	大连理工大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文