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原文传递钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥结构体系及动力性能研究

论文题名：	钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥结构体系及动力性能研究
关键词：	连续刚构桥;钢-砼组合梁;V腿;结构体系;动力性能
摘要：	随着我国经济的飞速发展桥梁设计与建设水准不断提高，越来越多的组合结构桥梁投入使用。大众对于桥梁的美观要求也越来越高这使得钢-砼组合连续梁-V腿连续刚构桥这一拥有特殊结构的桥梁有了用武之地。　　背景桥梁的主梁采用钢-砼组合结构，其是由V腿连续刚构和连续梁共同组成的新型桥梁结构体系。该种结构同时具有连续梁和V腿刚构桥的结构和力学特性。由于V腿的支撑作用能够直接作用于主梁，故可在一定程度降低跨径。该桥的跨越能力一般会大于带有竖墩的钢-砼组合梁桥。整座桥梁全桥连续无伸缩缝，也使行车更加稳定和安全。目前，对这种结构桥型的研究还不完善。本文结合现实工程，研究了该桥的结构体系和动力特性。主要内容包括：　　（1）利用MidasCivil和MidasFEA结合实际工程建立杆系模型和实体有限元模型。对钢-砼组合结构的模拟方法进行优化，提出了双单元杆系模型的一种优化措施，通过对剪力钉群等效抗剪刚度的计算使得该种类型模型可以较为准确地模拟出剪力钉群的作用。将模型与实桥静、动载试验数据相对比并互相验证模型准确性。　　（2）利用杆系模型将原结构与假定的全桥不设支座的连续刚构结构和V腿底部设有支座的连续梁结构相对比，从支点反力、结构内力和结构刚度三个方面进行分析。结果显示带有V腿的连续梁结构整体刚度较低，某些跨中甚至出现上挠的情况，但该种结构在横向刚度和抗扭刚度上具有一定优势；带有V腿的连续刚构结构整体刚度高但对于温度较为敏感，在温度作用下会在支点处存在较大的水平力和弯矩对地基造成影响，同时在V腿结构处也会因温度作用产生较大的内力；原结构虽然在V腿处采用固结的形式，但相较于全桥刚构的结构可有效降低温度变化所产生的基础反力和结构内力，从而降低对地基的影响。　　（3）对三种结构进行自振特性分析，并改变三种结构V腿支撑处横梁高度、主梁刚度和V腿刚度研究其对自振特性的影响。结果显示三种结构横向刚度可能会偏小，通过增大V腿刚度可较大程度上提高不同结构横向刚度。三种结构一阶扭转均出现在V腿支撑区域梁段处，此处抗扭刚度相较于主梁其他区域偏低，通过增大V腿顶部横梁刚度可一定程度上增大此处梁段抗扭刚度，在该种桥梁设计中可以利用较低的资源投入取得抗扭刚度上的提升。　　（4）针对该桥结构可能存在的问题，提出了一种结构改善措施。通过调节V腿和部分V腿三角区钢横梁构造对该桥进行结构改善。使得桥梁自振频率有较大程度提升，其中一阶自振频率提升了8.02%。桥梁横向刚度和V腿三角区抗扭刚度有了明显提升，同时降低了各跨的跨中挠度。　　（5）研究了抗剪连接件对于该桥动力性能的影响，发现若不考虑桥面板与钢主梁的滑移作用即桥面板与钢主梁刚性连接，计算出的自振频率会大于实际值。由于抗剪连接件采用柔性的剪力钉群，组合梁中钢梁与混凝土板之间的界面发生滑移，导致两者的变形不再同步，振型之间存在明显的相位差。局部抗剪连接件的失效对整个结构的自振频率影响不大。研究发现，抗剪连接件的铺设密度将直接影响钢-混凝土组合结构梁的等效竖向刚度，通过调整不同区域抗剪连接件的铺设密度对结构各区域刚度进行合理设计从而使得整体结构受力状态更加理想。
作者：	李勇岐
专业：	建筑与土木工程
导师：	曾勇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2022