[博士]鋼箱梁橋面鋪裝力學行為與結構優(yōu)化研究

內容簡介

　　[博士]鋼箱梁橋面鋪裝力學行為與結構優(yōu)化研究　　學科專業(yè)：道路與鐵路工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長安大學　　學位年度：2010　　隨著大跨徑橋梁的不斷建設，基于正交異性板的鋼箱梁的應用越來越普遍，鋼箱梁橋面鋪裝修筑已成為大跨度橋梁建設的關鍵技術之一。國內外針對鋼橋面鋪裝開展了不少研究，取得了一定的成果。但是由于我國車輛的重載超載嚴重，即使使用性能優(yōu)異、價格昂貴的橋面鋪裝材料，常常還不能達到設計使用壽命，這說明僅僅依靠鋪裝材料的改進難以取得大的突破；另一方面，鋼箱梁設計一般從箱梁結構安全考慮居多，未綜合考慮鋪裝層受力要求進行鋼箱梁和鋪裝層的一體化設計或結構優(yōu)化工作。工程實踐表明要提高鋼箱梁橋面鋪裝的使用壽命需要有新的設計思路?！　? 本文針對我國鋼箱梁橋面鋪裝設計的現(xiàn)狀，試圖從鋼箱梁結構改進出發(fā)改善橋面鋪裝的受力狀況，提出新的鋪裝設計思路。首先，通過較全面系統(tǒng)考察傳統(tǒng)鋼箱梁結構形式下各種要素對鋪裝力學行為的影響和經濟性分析，提出了基于鋼箱梁結構改進以減小鋪裝受力的新方法，并據此進行了新的鋪裝結構一體化設計研究和實橋試驗研究。具體工作如下：　　 (1)建立了基于傳統(tǒng)鋼箱梁正交異性鋼橋面板鋪裝結構的“殼．實體”三維有限元模型，通過分析找出最有可能引起鋪裝層發(fā)生破壞的最不利荷載位置。研究了鋪裝層和鋼箱梁的參數、荷載形式、溫度等要素對鋪裝層受力指標的影響，并針對控制鋪裝層破壞的主要指標——最大橫向拉應變，提出了一個簡便的經驗公式以指導鋪裝設計。進而對基于傳統(tǒng)鋼箱梁結構參數的改進來改善鋪裝受力的方法進行了經濟效益分析，結果表明這些方法的代價是昂貴的。　　 (2)從鋼箱梁與鋪裝結構一體化的角度，提出了通過合理設計鋼箱梁結構以提高鋼箱梁鋪裝體系的局部剛度，從而達到改善鋪裝的受力狀況的新方法。對于新建橋梁或者整體結構較弱需要加強的已建橋梁，分別推薦了可實施的、經濟的小肋加勁方案。以廣州珠江黃埔大橋為例，進行了鋼箱梁頂板加橫向小肋的改進結構的理論分析和實橋試驗，試驗結果證明了該方法的可行性，并提出了一個簡易的經驗公式指導鋪裝設計?！　? (3)建立了橋梁整體結構三維魚骨梁形式的有限元模型，研究了其整體力學行為，并進而研究了考慮全橋內力影響的鋪裝層力學行為。建立了以全橋內力為邊界條件的箱梁鋪裝層一體化局部分析模型，分析鋼箱梁橋面鋪裝在各種荷載組合下的力學響應。將考慮全橋內力影響的鋪裝箱梁一體化局部模型分析模型結果與正交異性板模型結果進行對比，表明正交異性板模型總體可以近似地反映鋪裝層和鋼箱梁的受力狀況，但縱橫剪應力和縱向拉應力誤差較大。進行了斜拉橋和懸索橋的鋪裝箱梁一體化局部模型分析，結果表明二者的鋪裝層應力有顯著的不同，兩者不宜簡單地都采用相同的正交異性板模型分析?！　? (4)首次將MMLS3加速加載設備應用于鋼橋面鋪裝層的足尺試驗研究，提出了基于該加速加載系統(tǒng)的鋪裝疲勞實驗設計方法。通過鋪裝材料加速加載縮比試驗，較好地模擬鋪裝層的實際受力環(huán)境，有效地進行了鋪裝材料的篩選。

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