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原文传递大宽跨比装配式机场桥梁荷载横向分布计算方法研究

论文题名：	大宽跨比装配式机场桥梁荷载横向分布计算方法研究
关键词：	大宽跨比装配式机场桥梁;移动荷载;横向分布;计算方法
摘要：	随着《国家综合立体交通网规划纲要》、《十四五规划》相继出台以及“一带一路”双边航空运输协定的签署，我国机场建设需求进一步扩大。为应对既有机场跑滑系统运行近乎饱和、改扩建工程严重受土地要素制约等建设瓶颈，机场桥梁的应用需求日益迫切。目前，我国机场桥梁荷载横向分布的计算通常沿用公路桥梁的理论方法。飞机荷载桥梁具有荷载集度大、宽跨比大、空间受力显著等特点，重载工况下主梁扭转、畸变等不利变形问题突出，针对此类桥梁的荷载横向分布计算方法亟待研究补充。此外，在民航智能建造和工业化建设的浪潮中，引入预制拼装技术可有效满足机场桥梁快速恢复跑滑系统、不停航施工等需求，进而为其推广奠定坚实的基础，相关研究的必要性更为突出。　　本文以我国华南地区某机场装配式滑行道桥为对象，开展荷载横向分布计算研究，揭示了飞机重载作用下结构的横向传力规律与机理，检验了不同荷载横向分布理论对机场桥梁的适用性，提出了一种适用于大宽跨比多梁式箱梁桥的可考虑扭转与畸变效应的荷载横向分布理论计算方法，并在此基础上发展了一套基于空间影响面的荷载最不利分布计算方法。本文完成的主要工作如下：　　（1）基于ABAQUS数值计算平台建立了装配式飞机荷载桥梁主梁的精细化实体模型，结合大宽跨比公路桥有限元模型对模拟方法进行了可靠性检验，进而准确模拟了不同轮组加载工况。结果表明：当主起落架前轮组跨中偏载时，边梁受力最集中，最大荷载横向分布系数为0.2288。　　（2）以半波正弦荷载作为飞机等效加载模式，量化分析了横向联系数量、中横隔板厚度、桥面板厚度、主梁纵向预应力等因素对机场桥梁荷载横向分布的影响规律及权重。结果表明：增加横向联系数量可显著增强梁间协同受力，使横向分布影响线高差更加均匀，增大中横隔板厚度及桥面板厚度对改善横向分布效果较弱，改变纵向预应力大小则几乎无影响。　　（3）系统梳理了既有荷载横向分布理论计算方法，检验了不同方法对机场桥梁的适用性。研究发现，相较于有限元法的影响线结果，修正偏心压力法结果差异较大，刚接梁法的影响线峰值点位置及趋势虽基本一致，但竖标值偏小，在受力梁处尤为明显，需进一步进行机理分析与修正。　　（4）基于刚接梁法，考虑箱梁在偏心重载作用下的扭转、畸变效应及相邻接缝竖向倾角的共同影响，提出了一种适用于大宽跨比多梁式箱梁桥的荷载横向分布理论计算方法。以机场滑行道桥和大宽跨比公路桥为对象，对所提方法、传统刚接梁法及其两种修正方法的计算结果进行了对比检验。研究表明，所提方法结果更接近于实桥受力特性，精度更高。对于滑行道桥，荷载横向分布影响线的余弦相似度的可达0.996以上，相较传统刚接梁法，中、偏载工况下荷载横向分布系数的最大峰值偏差率可由34.74%降至14.88%；对于公路桥，所提方法的影响线余弦相似度较传统刚接梁法可提高至0.995以上，荷载横向分布系数的最大峰值偏差率由16.14%降至6.66%。所提方法对大宽跨比的机场及公路桥均具有良好的适用性。　　（5）提出了一种基于空间影响面理论的荷载最不利分布计算方法，通过与精细化数值模拟的对比验证了方法的可靠性，分析了常见机型（波音747-400、777-300ER、737-800）移动荷载样式在装配式滑行道桥上的最不利加载位置。研究发现，由于主起落架轮组布置、弯矩或剪力响应特性的不同，三种机型的最不利加载位置在纵向呈现出不同的规律，在横向上则均为沿最边缘加载，建议后续滑行道桥设计采用边梁响应控制。
作者：	马馨怡
专业：	土木工程
导师：	江辉;张昆
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2023