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原文传递 “路改桥”中钢板组合梁整体桥应用关键技术研究

论文题名：	“路改桥”中钢板组合梁整体桥应用关键技术研究
关键词：	整体桥;钢板组合梁;路改桥方案;快速化建造;温度作用;桩基选择;钢桩-桥台节点;受力分析
摘要：	随着城市路网的不断外延外扩，既有高速公路往往成为阻断城市路网延伸、阻碍两侧城区联系和交流的障碍。对既有高速公路路基进行开挖、并将公路改造成桥梁——即“路改桥方案”，是城市道路下穿既有高速公路的主要方式之一。整体桥因不设伸缩缝，不仅可免除伸缩装置的安装，而且具有整体性更好、主梁受力更均匀、行车舒适性更高、可避免后期由于伸缩缝维护和更换对交通中断等诸多优点，成为实现“路改桥方案”的有效手段。同时，在“路改桥”中采用整体桥仍面临诸多关键技术亟待解决。为尽量减少下穿施工对既有高速公路交通的影响，同时，下穿城市道路往往较宽导致整体桥的桥长较大，在“路改桥”方案中采用整体桥应着重解决整体桥快速化建造、结构温度作用和效应的精确计算分析、桩基选择及对桥梁结构受力的影响分析、桩基-桥台装配式节点的受力分析等关键技术问题。本文依托某3×33m路改桥工程中的整体桥，针对以上关键技术开展系统研究。主要研究工作如下：　　（1）根据整体桥受力及快速化建造的要求，拟定采用钢板组合主梁、装配式整体桥台，初步拟定采用预制管桩、钢管桩或 H 型钢桩作为桩基础；拟定了主梁横向分片与拼接方案，主梁、桥台或桥墩、以及桩基间连接方案；在此基础上，拟定了整体桥快速化施工方案，并与装配式PC梁常规施工方案对比得到了其在施工周期上的优势。　　（2）为精确分析钢板组合梁整体桥的温度效应，采用数学统计和有限元数值模拟相结合的方法，建立了基于桥位附近气象站 23 年气象数据的钢板组合梁温度场有限元模型、并进行长期温度场的数值模拟，结合基于GP分布的超阈值模型计算得到了均匀温度作用及梯度温度作用代表值；在此基础上，对比分析了在本文基于实测气象数据得到的温度作用下组合梁无缝桥的受力状态以及在规范规定温度作用下组合梁无缝桥的受力状态。结果表明，基于规范温度作用取值计算得到的结构温度效应偏于不安全。　　（3）建立了考虑结构-土相互作用的有限元模型，对比分析了采用 H 型钢桩、钢管桩和预应力混凝土管桩支撑的钢板组合梁整体桥的受力性能。研究发现：桩基刚度对整体桥受力性能的影响较大，采用柔性桩基能显著改善整体桥梁端的受力，即采用H 型钢桩时整体桥的受力要优于采用预制管桩和钢管桩；H 型钢桩-桥台节点受力复杂、且受到较大弯矩，是整个结构的薄弱环节。　　（4）针对 H型钢桩-桥台节点承受较大弯矩的实际情况，建立了节点的 ABAQUS精细化有限元模型，研究了钢桩朝向、埋深比、桥台厚度、钢桩钢材强度和桥台混凝土强度5个参数对节点受弯承载力和破坏模式的影响；在此基础上，针对不同的破坏模式提出了节点受弯模型及承载力计算公式，并提出了避免节点发生桥台混凝土承压破坏和冲切破坏的构造要求。
作者：	时豪辉
专业：	土木工程
导师：	朱伟庆
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2022