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大跨度钢管混凝土拱桥腹杆构造研究
| 论文题名： | 大跨度钢管混凝土拱桥腹杆构造研究 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱桥;腹杆构造;受力特性;连接方式;疲劳寿命 |
| 摘要： | 国内建造的钢管混凝土拱桥中，钢管拱肋大多由弦杆和圆形腹杆焊接组成空间桁式结构。近年来，部分钢管混凝土拱桥腹杆采用矩形或工字形截面。钢管混凝土拱桥在使用阶段受到车辆荷载和温度的反复作用，容易出现腹杆疲劳问题。现行钢管混凝土拱桥设计规范中没有给出矩形和工字形腹杆的相关构造要求，也缺少对其疲劳特性的深入研究。为此，本文依托乌梅河大桥，开展大跨度钢管混凝土拱桥腹杆构造的研究，主要研究内容如下： （1）腹杆节点构造研究。参考国内几种规范对圆形腹杆节点构造要求，归纳节点的各构造参数（直径比β、径厚比γ、厚度比τ、夹角θ）的取值范围，采用ABAQUS建立精细化实体模型分析构造参数对圆形腹杆节点应力的影响规律。在此基础上借鉴规范对圆形腹杆节点的构造要求，拟定出矩形腹杆和工字形腹杆的构造参数，采用相同建模方法分析不同构造参数的矩形腹杆和工字形腹杆节点的最大应力分布规律，提出矩形腹杆节点和工字形腹杆节点构造参数的合理取值范围。基于刚度等效的原则，推导钢管混凝土等效壁厚计算公式，通过有限元法验证推导公式的可行性。 （2）腹杆受力特性研究。以乌梅河大桥为依托，设计圆形、矩形和工字形三种腹杆截面形式进行数值分析，得到不同截面形式下腹杆内力分布规律和腹杆最优截面。基于力学原理，开展腹杆简化结构的受力公式推导，进一步分析不同水平倾角对腹杆内力的影响，建立腹杆受力特性与主弦杆和斜腹杆倾斜角度的对应关系。对比腹杆在不同活载形式的应力分布规律以及腹杆应力幅的分布状况，针对温度效应对移动荷载作用的应力幅放大系数，拟合出应力幅放大系数的计算公式。 （3）腹杆疲劳特性研究。根据疲劳分析理论和分析方法，针对腹杆采用栓焊组合和焊接两种连接方式，研究螺栓连接的疲劳特性影响因素、松动过程以及松动判别条件；焊接结构的疲劳特性影响因素和改善措施，并给出焊接疲劳的具体分析流程。依托乌梅河大桥腹杆构造，采用ABAQUS对比计算两种连接方式的疲劳寿命的差异，给出了应力高幅区采用栓焊组合连接，其他位置采用焊接的设计建议。 |
| 作者： | 熊建漓 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 张敏;周水兴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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