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高寒地区施工临时钢栈桥力学性能分析与抗冰措施研究
| 论文题名： | 高寒地区施工临时钢栈桥力学性能分析与抗冰措施研究 |
| 关键词： | 高寒地区;时钢栈桥;力学性能;抗冰加固;屈服强度 |
| 摘要： | 我国北方地区气候寒冷，冬季河流等水域发生冰冻现象，春季河冰融化后，大量冰排在水流推动下对河流中桥梁产生挤压和撞击，流凌在高寒地区产生的危害尤为严重。目前在桥梁工程中施工临时钢栈桥被广泛应用，其不仅作为承担材料和机械设备的运输通道，还承担着桥墩下部施工的平台任务。施工临时钢栈桥工作状态下活荷载大，而构件杆件细长、薄壁稳定性较差，冬季钢材在低温环境下易发生冷脆现象，材料的塑性和冲击韧性显著降低。因此对冬期施工临时钢栈桥的力学分析与安全性评价具有重要现实意义。 本文首先选取实际工程典型临时钢栈桥进行研究，选择与实际情况相符的荷载、连接、边界条件等设计参数，采用有限元软件MIDASCivil分析其在常温环境下的力学特性，计算所得各个杆件承载力均满足设计要求。进而，根据规范及相关文献，选取冰压力计算公式进行有限元分析，数值分析结果表明除钢管桩外其余杆件受力与基本组合状态下结果并无差异。然而随着冰排厚度增加，桩底受到的最大应力将超过材料容许应力，产生安全隐患。 其次，建立冰排对钢栈桥的冲击模型，研究冰排撞击作用下钢栈桥的动力响应，在流冰冲击作用下，钢管桩冲击点和墩顶位移最大值随着流冰冲击力的增大而递增，钢管桩局部应力最大值也随流冰冲击力的增大而递增。实际中由于钢栈桥的重复利用及腐蚀作用会导致钢管桩壁厚的减小，故对钢管桩壁厚进行参数分析，结果表明在相同流冰冲击力作用下，钢管桩应力最大值随着壁厚的减小而增大，壁厚为8mm的钢管桩最晚屈服；钢管桩延性随壁厚的增加而增加。 最后，在钢栈桥有限元模型中布置相应的破冰装置，研究了钢栈桥与破冰装置在最不利情况下的受力。提出了流冰作用下钢栈桥抗冰加固措施与凌汛期人工破冰方案，最后针对钢栈桥抗冰加固方案完善了钢栈桥有限元模型并进行计算。结果表明，钢栈桥梁单元最大应力为176MPa，破冰装置最大应力为46.7MPa，应力均小于钢材的屈服强度，证明本文所提出钢栈桥加强措施能够保证钢栈桥在凌汛期间流冰作用下的安全。 |
| 作者： | 孙世鑫 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘昌永 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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