原文传递
正交异性钢桥面铺装体系优化设计
| 论文题名： | 正交异性钢桥面铺装体系优化设计 |
| 关键词： | 钢桥面铺装体系;力学响应;温度荷载;综合评价法 |
| 摘要： | 当今大跨径桥梁多采用正交异性钢桥面铺装体系。正交异性钢桥面由铺装层和钢顶板共同组成，为行驶车辆提供足够的支撑和摩擦，抵御外荷载的作用。在车流和环境的交互作用下，桥面铺装极容易产生病害，影响桥梁的使用寿命。铺装层病害的产生主要与桥面板刚度和铺装材料强度有关。国内外对桥面铺装的优化设计以提升材料强度为主，取得了一定的研究成果。但多数钢桥梁在使用高性能材料铺装后仍产生病害。相比之下，提升桥面板刚度能改善结构的受力和变形，更有利于避免铺装病害、优化桥面铺装。 基于上述背景和现状，本文建立桥面铺装有限元模型，确定钢桥面最不利加载荷位，分析铺装层的受力变形，进而从桥面钢结构支撑体系角度对铺装方案进行优化设计和综合评估，然后从铺装材料性能分析角度对材料参数设计提出建议，最后通过某大桥施工设计实例分析加以验证。具体内容如下： 对桥面铺装方案的有限元分析。根据典型病害的力学成因，提出了铺装体系的力学响应控制指标。采用有限元方法分析了桥面在车载作用下的受力和变形，确定了最不利荷位。进而研究铺装体系力学响应核心指标随横隔板间距等结构各项参数和超载率的变化规律，重点分析了温度对于铺装层受力变形的影响，确定了综合考虑温载和车载时铺装层的最不利荷位。 对桥面钢结构支撑体系的优化分析。提出四类优化方案，在两种工况下研究了各方案的受力特性，初步证明了增设小肋或底部连接板对结构优化的合理性。引入综合评价法，基于经济性和安全性对单一、组合优化方案比选。最后对各方案进行了疲劳验算和对比，验证了优化方案的疲劳可靠性。结果表明，单独增设12-14mm厚、225mm宽的小肋和单独增设8-10mm厚加劲肋底部连接板的方案最优，组合优化方案效果不佳。 对铺装层的优化分析。分析了铺装上下层弹性模量比、泊松比对结构受力和变形的影响。考虑上下层厚度分配和材料刚度，对比上柔下刚和上刚下柔两类铺装方案。最后给出铺装材料参数设计和厚度分配的合理依据和参考。 某大桥铺装案例分析。基于我国某钢桥梁的实桥资料，分别在基准温度、温升、温降3种工况下对比施工设计中的原始铺装方案与改良后的优化铺装方案，进行综合分析评价，证明了增设小肋或底部连接板优化方案的合理性。 |
| 作者： | 唐子健 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 段忠东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
