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原文传递曲线梁桥设计关键技术及模型试验研究

论文题名：	曲线梁桥设计关键技术及模型试验研究
关键词：	曲线梁桥;设计理论;模型试验;受力性能;水平约束;结构受力
摘要：	曲线梁桥由于其良好的线形适应性，在公路和城市道路建设中被大量采用，但由于其复杂的空间受力特性以及缺少针对性的设计指导规范，一方面导致了该桥型在实际工程中被谨慎的应用，另一方面也导致了部分曲线梁桥病害的发生。随着国家经济与交通建设水平的发展，为了使曲线梁桥这一桥型得到更为广泛应用，从而更好的服务于国家交通建设需要，因此有必要对该桥型展开更为深入的研究，以补充和完善该桥型的设计理论。本文通过模型试验、理论推导及数值分析，展开了对曲线梁桥设计方法、空间受力特性及约束体系的研究工作，主要研究内容如下: 　　1.采用室内大尺寸同性材料试验模型，通过可以模拟真实荷载分布的加载块进行加载，对连续混凝土曲线梁桥在静力加载下的受力性能和变形特点进行试验研究，根据试验结果总结出静力加载下曲线梁桥支座反力与跨中挠度的变化规律，以及中隔板对曲线梁桥受力性能与变形规律的影响。对连续混凝土曲线梁桥受力性能受温度变化的影响规律进行了试验研究，整个模型试验的多项研究成果可为这种结构的设计和应用提供详实的试验资料和依据。　　2.基于曲线梁模型试验的静力加载测试结果，通过数值分析，对曲线梁桥设计中的三项关键技术进行了研究。分析了曲线箱梁桥的应力分布规律及扭转畸变效应，研究了曲线半径和中隔板设置数量对畸变翘曲的影响及中隔板的合理布置方法。针对曲线梁桥由于扭转剪应力较大而导致外腹板和底板主拉应力过大的问题，提出一种新的混凝土箱梁横向预应力筋布置方式，采用此种预应力布置方式可显著提高曲线梁桥的抗裂性能。此外，还提出一种曲线梁桥由于内、外侧重量差异而产生的附加均布扭矩的计算方法，该方法可对单梁模型计算方法起到很好的补充和完善。　　3.基于温度变化对曲线梁影响的模型试验结果，通过数值模型，分析了温度和水平约束刚度对曲线梁桥受力和变形的影响规律，对曲线梁桥的合理约束体系进行了研究，研究重点集中在曲线梁桥合理水平约束体系的建立上，提出了“销轴式”水平约束体系，此种水平约束体系可以很好的释放支点处的转角约束，允许中间梁体产生径向位移，适应温度变化下的曲率变化，减小了温度作用给梁体带来的次内力影响，显著减小水平限位装置的受力负担，有效防止了“爬移”现象的发生。　　4.在“销轴式”水平约束体系理论研究基础上，进一步开展了其工程应用方面的研究。以一座发生“爬移”病害的曲线梁桥为工程背景，分析“爬移”形成的原因，重新建立了能够更好适应该桥变形特点的“销轴式”水平约束体系。新约束体系的建立有效减小了温度效应对结构受力和变形的影响，起到了改善整个桥梁结构受力状态的效果。该桥的修复工作从“病原”出发解决病害，为今后解决类似工程领域问题提供了很好的借鉴和参考价值。另外，还开展了“销轴式”约束体系在一座新建混凝土连续曲线梁桥上的应用研究，研究成果为曲线梁桥水平约束的设计提供了新的思路。　　5.基于纯扭理论运用力学方法对简支混凝土曲线梁桥的受力性能进行自重作用下的直弯分析差异研究。推导出自重作用下曲线梁桥直弯分析中跨中弯矩与支点反力的相对误差公式，并绘制出相对误差随各项结构参数的变化曲线，在此基础上进行了各项结构参数对相对误差的影响规律研究。通过数值模型验证了自重作用下直弯分析差异研究所得跨中弯矩与支点反力相对误差公式的正确性，证明研究成果适用于工程分析。　　6.根据现行桥梁设计规范中对汽车荷载的相关规定，对汽车荷载作用下简支混凝土曲线梁桥的受力性能进行直弯分析差异研究，推导出汽车荷载作用下简支曲线梁桥直弯分析中跨中弯矩与支点反力的相对误差公式，通过设定相对误差限值，提出了由结构参数作为判别条件的直弯分析界限，使得工程中以直代曲的设计方法在适用性上有了判断依据。通过简支混凝土曲线梁桥直弯分析差异的研究成果而引入跨中弯矩放大系数和支反力调整系数，从而拓展了以直代曲的设计方法在曲线梁桥设计中应用的范围。
作者：	姜涛
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：	2021