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超大跨径UHPC连续梁桥优化设计研究
| 论文题名： | 超大跨径UHPC连续梁桥优化设计研究 |
| 关键词： | 超大跨连续梁桥;超高性能混凝土;优化设计;密集横隔板;有限元模型 |
| 摘要： | 将超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete，UHPC)运用于梁桥，充分利用其超高的材料强度、优良的耐久性及超低的收缩徐变性能，设计新型的桥梁结构形式，从而实现结构轻型化，解决常规混凝土梁桥自重过大、跨中长期下挠发展、箱梁易开裂、跨径难以突破300m的难题。该新型结构突出特点是箱梁全面的薄壁化，同时提出密集横隔板的设计思想，解决由薄壁化引起的畸变和剪力滞效应过大问题，还能改善箱梁横向受力，变三向预应力为单向预应力，方便施工。拟定主跨400m的连续梁桥为工程背景，通过优化设计，研究该桥边跨比、梁高、板厚及密集横隔板等各参数的合理取值。本文开展的主要研究及其结论如下: (1)利用MIDAS软件建立主跨400m连续薄壁箱梁桥空间梁单元模型，对箱梁桥的整体参数（边跨比、梁高、板件厚度、预应力筋）进行优化。根据各参数对桥梁整体性能影响的大小顺序以及各参数自身的特点选择合适的目标函数和约束条件分别进行优化分析，后者的优化分析以前面的分析结果为基础。经一系列优化分析可得:①最优边跨-主跨跨径比为0.6，合理的取值范围为0.55～0.65;②最优中支点梁高与主跨跨径比1/22.2，合理的取值范围为1/20～1/25;③最优跨中梁高与支点梁高比为1/1.8077，合理的取值范围为1/1.8～1/2.3;④最优中支点底板厚度与主跨跨径比1/500，合理的取值范围为1/300～1/500;⑤合理的顶板、跨中底板厚度和跨中腹板厚度取其构造最小厚度20cm，合理支点腹板厚度可取35cm。 (2)通过对新型箱梁桥的初步徐变分析，建议在设计时UHPC梁桥的长期挠度增长系数取1.3，同时研究表明支点底板厚度对徐变下挠有较大影响，建议在确定其厚度时考虑徐变下挠的因素，不宜取得过小。 (3)利用有限元分析软件ANSYS建立半桥实体模型，分两步对密集横隔板进行优化:密集横隔板间距和横隔板上、下弦板高度和侧板宽度。全面分析横隔板间距对箱梁畸变、剪力滞和桥面板局部受力方面的影响以得到较优的间距范围。横隔板上、下弦板高度和侧板宽度优化则从合理的尺寸分布对减小桥梁局部受力的贡献分析。经优化分析得到较优的横隔板间距范围为3～5m;分配密集横隔板尺寸时宜适当增加密集横隔板上弦板高度和横隔板厚度，以改善箱梁桥的局部受力状态。 |
| 作者： | 刘勇 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 邵旭东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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