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原文传递高速公路空心板桥加宽改造刚度渐变技术研究

论文题名：	高速公路空心板桥加宽改造刚度渐变技术研究
关键词：	高速公路;装配式空心板桥;加宽改造;横向刚度;构件;桥板;位移突变;螺栓;桥面铺装;横向分布系数;移动荷载;刚度差异;桥梁;计算;振动;应力集中;力学性能;刚度突变;动力位移;整体性
摘要：	装配式空心板桥具有结构简单、施工方便、工程造价低等优点，是桥梁工程常用的桥型之一。随着我国经济的快速发展，汽车拥有量及交通量快速增加，原来修建的少车道高速公路通行能力已经不能满足要求，需要对其进行加宽改造。作为高速公路上常用桥型--装配式空心板桥的加宽改造就成为高速公路加宽改造的重点，如何保证新旧空心板结合后桥梁正常工作及桥面铺装的整体性成为桥梁加宽改造的关键。　　本文以减小新旧桥梁空心板之间刚度差异为研究重点，将新旧桥板之间的刚度差异渐变，扩展其变化区域，由原来两块板之间的刚度突变转换为多块板之间的刚度渐变，这样使新旧桥板结合部位产生的位移差和附加应力大大减小，从而实现桥面铺装的整体性。本文以位于京港澳高速/公路安阳至新乡段加宽项目中的沧河南大桥为工程实例，对空心板桥加宽改造刚度渐变技术进行研究，所完成的工作和得出的主要结论如下：　　 (1)对新旧空心板进行了单板刚度计算可知，新桥板与旧桥板的单板刚度差异较大，这样会导致新桥板与1日桥板连接后在连接部位出现桥面铺装破坏。基于此，提出新旧空心板桥刚度渐变的方法。　　 (2)提出了悬臂板假定和无剪切刚性板假定两种空心板桥加宽刚度渐变理论计算模型，并分别根据这两种模型计算得出了新旧桥板之间刚度渐变初步方案，初步确定了横向刚度渐变构件的材料、尺寸、形状和布置位置。　　 (3)对采用刚度渐变的空心板桥进行静力力学性能分析。计算结果表明：施加横向刚度渐变构件前后的整桥在过渡区域位移有较大的不同，在施加横向刚度渐变构件前，新内板和1日板之间出现较大的刚度突变，引起位移突变；施加横向刚度渐变构件后，各个桥面板的位移呈现逐步变化的趋势。施加横向刚度渐变构件前承受荷载的空心板荷载横向分布系数突起明显，即单板受力明显；施加横向刚度渐变构件后，荷载横向分布系数突起值减小，突起宽度增大，说明施加的集中荷载由多块板共同承担。对比施加横向刚度渐变构件前后的静力力学性能，证明了施加横向刚度渐变构件的有效性，横向刚度渐变效果良好。　　 (4)对采用刚度渐变的空心板桥进行动力响应分析。计算结果表明：施加横向刚度渐变构件前作用有移动荷载的桥板，其跨中动力位移与相邻桥板相比，出现明显的位移突变；施加横向刚度渐变构件后作用有移动荷载的桥板，其跨中位移明显减小，减少了一半左右，且与相邻桥板的跨中动力位移较为相似；另外，施加横向刚度渐变构件前各桥板跨中位移达到最大值的时间也有一定的不同，说明其振动存在不同步现象，振动不同步可能会导致桥梁在使用期间，企口缝混凝土因桥板的不同步振动出现破坏；施加横向刚度渐变构件后各桥板之间振动位移协调性大大增强，达到最大位移的时间几乎一致。从动力效果分析也说明了施加横向刚度渐变构件的必要性和有效性。　　 (5)横向刚度渐变构件的槽钢和螺栓在工作时容易出现应力集中。细部分析结果表明：螺栓出现应力集中现象，其应力值远大于槽钢的应力值，横向刚度渐变构件在工作时螺栓是薄弱部分，选择螺栓时，为了保证其有足够的安全可靠度，应选择高强螺栓和适当增加螺栓直径；所选定的槽钢和螺栓的局部应力都在材料承受范围内。　　 (6)给出空心板桥刚度渐变施工方案和具体措施。
作者：	李亚龙
专业：	结构工程
导师：	陈淮;李静斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文