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城市轨道交通U型梁空间受力机理及实用设计方法研究
| 论文题名： | 城市轨道交通U型梁空间受力机理及实用设计方法研究 |
| 关键词： | 城市轨道交通;预应力混凝土U型梁;空间效应;实用设计方法;静载试验 |
| 摘要： | 随着城市轨道交通的迅速发展，预应力混凝土U型梁以其建筑高度低、外观流畅、经济性好等优点，得到了较快的发展。与此同时，相比于传统的箱型和T型截面梁，U梁半穿式截面带来的受力复杂性和受力合理性，也要求对其结构设计进行深化研究。 对于轨道交通U梁桥结构的受力复杂性，既有研究主要通过空间应力分布、剪力滞、参数敏感性等角度进行分析。本文试图从力流传递的角度，针对预应力施加到运营阶段等主要受力工况，研究端部锚固区的劈裂力效应、底板横向受力的计算方法，并提出相关设计建议。主要内容如下： （1）通过分析单点荷载作用下U型梁端部的应力分布情况，以及对U梁锚固区的荷载传递路径和主应力矢量进行量化分析，提出了一种基于拉压杆模型的U梁端部锚固区劈裂力计算方法。当U梁梁高宽比h/b在0.2~0.5范围内，该模型能很好反映梁端锚固力传力路径和劈裂力大小，可为预应力U梁配筋设计提供参考。 （2）通过对U型梁在竖向荷载作用下的纵横向受力分析，发现U型空间受力较为明显，主要体现在在竖向荷载作用下，梁体腹板压力线从端部向跨中会发生明显上移，通过坦拱效应发生整体纵向弯曲，力流从底板横向扩散到两侧腹板上会使底板横向整体受拉。同时，竖向荷载还会使底板自身还会发生横向弯曲，产生横向拉应力。另外，由于腹板对底板的弹性支撑作用，腹板内还存在竖向拉应力。阐述了运营状态下U梁的受力机理，提出了U梁在竖向荷载和预应力共同作用下的拉压杆模型，以及截面轴力和剪力的计算公式，并验证其准确性，为轨道交通U梁桥的设计提供了方法。 （3）通过南京宁句轨道交通工程简支U型梁静载试验，在两种加载循环工况下，U型梁纵桥向处于全截面受压状态，横桥向底板存在规律性受拉现象。竖向荷载作用下，预应力U型梁通过底板向腹板空间传力引起横向受拉效应，得到了相应验证。同时建立实体有限元模型，数值模拟结果与试验吻合良好。建议对U型梁底板进行合理的配筋设计，防止其产生纵向裂缝。 |
| 作者： | 李美帅 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘钊;张宇峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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