详情

原文传递 S形曲线钢箱梁斜拉桥受力特征分析

论文题名：	S形曲线钢箱梁斜拉桥受力特征分析
关键词：	S形曲线斜拉桥;钢箱梁;受力特征;温度效应;地震效应
摘要：	S形曲线钢箱梁斜拉桥是一种多曲线梁斜拉桥，结构比直线或单曲线梁斜拉桥更为复杂。由于工程中建造的数量远比直线梁斜拉桥少，相关研究不多，施工或使用时易出现主梁下挠、偏转、横移、支座脱空等异常现象。出现这些现象的原因主要是其受力特征尚不完全被人们所认知，设计计算和施工分析结果与实际情况差异较大。本文在借鉴国内外研究成果的基础上，以一座实际建造的S形曲线钢箱梁斜拉桥为例，对其在温度、车辆、地震等主要荷载作用下的力学行为进行分析，以增强人们对其受力特征的认识，为该类桥梁的设计和施工起到借鉴作用。　　论文主要研究内容和结论如下：　　（1）探讨计算模型并进行了有效性验证。结合实际桥梁的施工监测监控，应用有限元软件，采用板壳单元与梁单元组合建立计算模型，通过与梁单元模型和现场实测数据的对比分析，验证了计算模型的适用性。　　（2）进行了沥青混凝土桥面铺装温度作用分析。采用板壳单元与梁单元组合模型，分析了S形曲线钢箱梁斜拉桥在浇注式沥青混凝土摊铺过程中的温度位移和温度应力的变化情况。结果表明：由于摊铺温度作用，结构出现了较大的变形和应力，同时产生了一定程度的扭转。其中主梁纵向位移最大为22.8cm，竖向位移最大为25.9cm，扭转角最大2.96°，钢箱梁最大拉应力为143.0MPa，可能危及结构的安全。提出了设计计算时应将沥青混凝土摊铺作为重要工况来看待，摊铺施工时应由连续铺装改为间歇式铺装等建议。　　（3）进行了环境温度作用分析。分别计算年温差作用和日照作用下的结构位移和应力变化情况，分析了S形曲线钢箱梁斜拉桥在环境温度变化过程中的温度效应。结果表明：日照作用下的桥梁的纵向变形较大，竖向变形和横向位移较小，环境温度对桥梁的扭转效应较小，远小于桥面沥青混凝土摊铺时的效应。日照作用下结构最大的压应力69.2MPa，最大的拉应力为60.4MPa，应力较大，但小于桥面铺装温度效应。　　（4）对汽车作用下的扭转效应进行了分析。计算了在偏载情况下汽车车道荷载、离心力和冲击力等的作用效应，得出了在车道荷载外侧偏载时箱梁扭转明显；在车辆离心力作用下，外侧偏载时最弯段翘曲效应较大等结论。计算得出了通车后最不利活载工况下，桥梁的扭转情况。为改善桥梁的扭转效应，计算了粘贴GFRP后桥梁的扭转情况，得出粘贴GFRP对桥梁的扭转效应有较明显的改善的结论。　　（5）进行了地震作用分析。对依托桥梁的动力特性进行了分析，并选取合适的地震波输入，考虑地震作用的时间历程，进行了一维和多维的动态时程分析。讨论了该桥的动力特性和地震响应规律，得出了竖向位移和横向扭转变形明显，横桥向地震波作用下主梁的扭转位移和扭矩均较大等结论。纵桥向地震波激励使主梁产生的扭转位移最小，基本可以忽略不计，竖桥向地震波激励产生的扭转位移影响次之，为4.51°；横桥向地震波激励对主梁扭转产生的影响较大为6.12°，与地震组合工况5和工况6产生的扭转角接近，说明横桥向地震波激励对主梁扭转产生的影响较大，是主梁发生横桥向扭转的决定性因素。
作者：	杨竟南
专业：	公路桥梁与渡河工程
导师：	何雄君
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021