大跨度連續(xù)梁拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析（可編輯）

1、 獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外,論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果,也不包含獲得蘭趔交通太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。簽字日期:沙牌鄉(xiāng)月/男日學(xué)位論文作者簽名糲、鑼學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解蘭趔童通太堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)蘭州鑾適太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索,并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)

2、構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明導(dǎo)師簽名:學(xué)位論文作者虢瘍、留 荊。期仂年莎月少日簽字日期:伽脅年鄉(xiāng)月/黿日:、,.一、,棗囊蔓碩士學(xué)位論文大跨度連續(xù)梁一拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析 ?作者姓名:學(xué)科、專業(yè):學(xué) 號:.完成日期:蘭州交通大學(xué)蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文摘 要大跨度連續(xù)梁拱組合橋梁作為一種新興的橋型結(jié)構(gòu),近幾年在鐵路橋梁建設(shè)中應(yīng)用較多,具有良好的列車走行性、結(jié)構(gòu)變形、抗疲勞性能、抗風(fēng)抗震性和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,是大跨連續(xù)梁和拱兩種結(jié)構(gòu)體系的完美結(jié)合。而對大跨度連續(xù)梁拱組合橋梁設(shè)計理論的研究則相對落后于工程實踐。尤其在大跨度連續(xù)梁拱組合橋的力學(xué)性能方面的研究有待

3、進(jìn)一步深化。本文以正建的咸陽西立交特大橋工程背景,研究了大跨度雙線鐵路連續(xù)梁拱組合橋的靜力性能、動力特性、徐變效應(yīng)、溫度效應(yīng)等問題,主要完成了以下幾個方面的內(nèi)容:簡要介紹了梁拱組合結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生及在鐵路大跨度橋上的應(yīng)用情況,分析了梁拱組合橋的受力特點,并介紹了梁拱組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和研究現(xiàn)狀。通過建立咸陽西立交特大橋的空間有限元模型,考慮多種荷載組合作用下的橋梁在正常使用狀態(tài)下的靜力行為分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)變形和構(gòu)件應(yīng)力都在容許范圍之內(nèi)。以咸陽西立交特大橋為背景,通過空間有限元模型計算了橋梁的自振特性;對結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)的改變對自振特性結(jié)果的影響進(jìn)行了研究并得出相應(yīng)的結(jié)論。闡述了梁拱組合橋徐變的意義、特

4、點以及徐變應(yīng)變的計算方法并介紹了混凝土徐變引起的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力和變形計算方法,考慮了徐變對咸陽西立交特大橋的撓度的影響。通過對有限元模型施加溫度荷載計算了梁拱組合橋的溫度效應(yīng)影響,得到了梁拱組合橋在不同溫度荷載作用下的拱肋內(nèi)力和撓度的變化規(guī)律。關(guān)鍵詞:梁拱組合橋;靜力行為分析;自振特性;徐變效應(yīng);溫度荷載論文類型:應(yīng)用研究蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文大? , , ,.? .,. ? . , , : , ,., ,. ,., . , .:; ;: ?蘭卅交通大學(xué)碩士學(xué)位論文目 錄摘 要?.:【緒論.概述.連續(xù)梁拱組合體系橋梁的結(jié)構(gòu)形式.梁拱組合體系的受力分析?.梁拱組合結(jié)構(gòu)的研究意義和現(xiàn)狀?一.本文課題

5、的提出及研究內(nèi)容.梁拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性能研究?.工程背景?一.分析模型?.有限元模型的建立?.結(jié)構(gòu)材料?.荷載效應(yīng)?一.正常使用狀態(tài)下的靜力行為分析結(jié)果.結(jié)構(gòu)位移.結(jié)構(gòu)應(yīng)力.本章小結(jié)連續(xù)梁拱組合橋梁的動力學(xué)性能研究?.引言.連續(xù)梁拱組合橋動力特性的分析?.橋梁結(jié)構(gòu)的振型與頻率.特征值的計算方法?.咸陽西立交特大橋自振特性計算結(jié)果.結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)改變對動力特性的影響.拱肋參數(shù)改變對其動力特性的影響分析?.橫撐參數(shù)改變對動力特性影響的分析.二期恒載對橋梁動力特性的影響分析.裸拱對結(jié)構(gòu)動力特性的影響分析?.吊桿張拉力的大小對結(jié)構(gòu)動力特性的影響分析?.矢跨比對自振頻率及振型的影響研究?.蘭州交通

6、大學(xué)碩士學(xué)位論文.本章小結(jié)徐變對大跨度連續(xù)梁拱組合橋后期變形的影響?.引言?.連續(xù)梁拱組合橋徐變的意義.連續(xù)梁拱組合橋徐變的特點.混凝土徐變應(yīng)變的計算.混凝土徐變引起的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力和變形計算.狄辛格方法?.換算彈性模量法?.修正剛度矩陣的位移法.初應(yīng)變法.咸陽西立交特大橋鋼管核一混凝土的徐變效應(yīng)分析.基本假定.鋼管核心混凝土的徐變對鋼管拱肋撓度的影響?.咸陽西立交特大橋主梁的徐變對后期變形的影響.主梁的徐變對主梁后期變形的影響.本章小結(jié)梁拱組合橋溫度效應(yīng)分析一.引言?.溫度荷載的特點與形成.溫度荷載對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響?.現(xiàn)行規(guī)范對溫度荷載的具體規(guī)定?.空間有限元模型的建立方法.整體升降溫與恒載

7、所產(chǎn)生的撓度和內(nèi)力值計算比較.系統(tǒng)溫度改變對拱肋撓度的影響?.系統(tǒng)溫度改變對拱肋結(jié)構(gòu)的軸力影響?.系統(tǒng)溫度改變對拱肋結(jié)構(gòu)的彎矩影響.系統(tǒng)溫度變化對拱肋結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響.拱肋升降溫與恒載所產(chǎn)生的撓度和內(nèi)力值計算比較.僅拱肋溫度變化對拱肋撓度的影響.僅拱肋溫度變化對結(jié)構(gòu)軸力的影響.拱肋溫度變化對結(jié)構(gòu)彎矩的影響?大跨度連續(xù)梁一拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析.拱肋溫度變化對結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響?.溫度梯度作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析.本章小結(jié)結(jié)侖?.結(jié)論.本文存在的不足致射?.參考文獻(xiàn)?攻讀學(xué)位期間的研究成果?.一一蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論.概述近年來,橋梁工程有了很大的進(jìn)步,特別是大跨度橋梁。就跨越能力而言,除懸

8、索橋外,當(dāng)推斜拉橋。但是斜拉索的錨固,索的維護(hù),均花費昂貴,因此混凝土斜拉橋的經(jīng)濟(jì)跨徑一般在以上,對于跨徑范圍的橋梁能夠參與競爭的橋梁形式主要是混凝土拱橋與預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?；炷凉皹蛐枰辛己玫牡鼗猿袚?dān)拱腳的水平推力,同時大跨度拱橋采用傳統(tǒng)的施工方法很不便利,逐漸失去了競爭力但近年來,由于混凝土拱橋采用懸臂澆注法,轉(zhuǎn)體施工法以及勁性鋼管混凝土拱架等措施,使這種古老橋型重新進(jìn)入大跨度橋梁的競爭行列。梁拱組合結(jié)構(gòu)由主梁與拱兩種基本結(jié)構(gòu)組合而成,相比傳統(tǒng)拱橋和一般的梁橋,主要有以下幾點優(yōu)點:結(jié)構(gòu)的受力比較合理:充分發(fā)揮了組合結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力混凝土梁承受彎距的能力以及鋼管的核心混凝土由于三相受壓而

9、能承受更大的軸向力的特點,這樣使得組合結(jié)構(gòu)在受力上顯得更加合理,更能充分發(fā)揮各組合構(gòu)件及材料的作用。在承擔(dān)一定的荷載作用下,相應(yīng)使用的工程材料更省,工程經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)更優(yōu);適用范圍更廣:傳統(tǒng)的拱橋由于拱腳存在巨大的水平推力,使得拱橋?qū)Φ鼗蠛芨?不適合在軟土地基的地區(qū)建造,而在梁拱組合結(jié)構(gòu)中,系梁的施加的預(yù)應(yīng)力可以在體系內(nèi)有效的平衡拱腳的水平推力,使得梁拱組合體系橋梁可以適用在更廣的地區(qū);建筑高度低、通航能力強:系梁在吊桿力的作用下,由大跨度梁轉(zhuǎn)換成相當(dāng)于彈性支撐、小跨徑的連續(xù)梁,從而使得系梁的最大彎距大幅減小,其截面高度也大大低于同等跨度的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,獲得更大的通航能力;橋梁造型美觀

10、:整體簡潔明快、連續(xù)流暢,橋面以上結(jié)構(gòu)有了空間曲線的變化,使得結(jié)構(gòu)力線明快,高低錯落,剛?cè)嵯酀?jì);結(jié)構(gòu)的輕巧纖細(xì)是技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合,符合現(xiàn)代橋梁設(shè)計發(fā)展的趨勢。.連續(xù)梁拱組合體系橋梁的結(jié)構(gòu)形式連續(xù)梁拱組合體系橋梁形式根據(jù)橋道系即橋面系所在結(jié)構(gòu)位置可以分為三類:即上承式、中承式及下承式。分別見圖.、。實際工程中己建成的連續(xù)梁拱組合體系橋梁是多種多樣的,可以是雙肋拱、多肋拱或單肋拱與加勁梁組合。連續(xù)梁橋是外部超靜定結(jié)構(gòu),它在恒活載作用下的彎距及剪力包絡(luò)圖如圖.所示。支點的與跨中的.和接近于常量,但。/坂。的比值決定截面慣性距沿長度方向的變化。支點大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析附近的

11、剛度越大,其。比值越小,即彎距包絡(luò)圖隨剛度分配。對于均布荷載等截面連續(xù)梁,當(dāng)邊跨和中跨之比為.時,坂。川坂。/,。/。連續(xù)梁橋是外部超靜定結(jié)構(gòu),它在恒活載作用下的彎距及剪力包絡(luò)圖如圖.所示。支點的與跨中的比值之和接近于常量,但坂。/坂。的比值決定截面慣性距沿長度方向的變化。支點附近的剛度越大,其比值越小,即彎距包絡(luò)圖隨剛度分配。對于均布荷載等截面連續(xù)梁,當(dāng)邊跨和中跨之比為.對,商。/吮。/,%。帆。剪力包絡(luò)圖中跨剪力紼。恒載與活載之和與簡支梁相同。簡支梁的腹板最小尺寸按.%劇計算。對于連續(xù)梁,由于剪力最大處尚存在曲作用,因此,無論箱型梁或型梁腹板最小尺寸受剪力控制一般,梁的間距在.以上時,腹板

12、厚度,為此,連續(xù)梁的混凝土用量受到腹板厚度的影響。圖.連續(xù)梁拱組合體系形式示意圖上承式中承式下承式連續(xù)梁拱組合橋同的受力性能可歸納為以下幾點:結(jié)構(gòu)水平約束釋放,支座沉降、系統(tǒng)升溫等對結(jié)構(gòu)的影響較小;蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文根據(jù)彎矩包絡(luò)圖的形狀,采取拱來加強,分擔(dān)梁的彎矩,梁平衡拱產(chǎn)生的水平拉力通過自身或配置縱向直索,能充分發(fā)揮拱、梁兩種結(jié)構(gòu)各自的優(yōu)勢;由拱軸力的垂直分力來分擔(dān)剪力,一般情況下,結(jié)構(gòu)中剪力不再是梁強度的控制條件之一,可顯著提高結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo);梁的縱向預(yù)應(yīng)力束主要是承擔(dān)拱傳來的水平力,一般全橋統(tǒng)一部置,采取直索的形狀,減少了預(yù)應(yīng)力束的摩阻損失,同時長索節(jié)省了錨固設(shè)施,簡化了張拉工藝

13、降低了造價。、廠?一 心夕 心圖.連續(xù)梁恒載活載作用下內(nèi)力包絡(luò)圖.梁拱組合體系的受力分析梁拱組合結(jié)構(gòu)的橋梁,由系梁、拱肋、橋面系及吊桿聯(lián)合起來共同受力,既改善了連續(xù)梁橋的受力狀況,又克服了傳統(tǒng)拱橋巨大的拱端推力,而加勁縱梁又可以提高橋梁整體剛度和拱肋的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)不但能有效降低建筑高度,而且使得自重大大減輕,跨度得以增大,是一種結(jié)構(gòu)合理、外形美觀、新穎的結(jié)構(gòu)體系。,一接吊桿蓼礎(chǔ)尊車輛萄藪一橋蕊鋪裝轔道暮一系粢?一÷?一系粱圖 拱梁組合體系車輛荷載傳遞過大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析梁拱組合體系的受力特點主要表現(xiàn)為:外荷載作用下,梁和拱各自產(chǎn)生的內(nèi)力絕大部分都轉(zhuǎn)變?yōu)閮?/p>

14、者之間形成的自平衡體系的相互作用力,外荷載對外部條件約束的梁拱組合體系產(chǎn)生的總體受力效應(yīng)因為這種組合結(jié)構(gòu)而表現(xiàn)為另外一種受力效應(yīng),即:拱腳產(chǎn)生的巨大推力與梁內(nèi)的預(yù)應(yīng)力相互作用,梁體和拱的總彎矩也相應(yīng)的轉(zhuǎn)化為拱受壓、梁體受拉這種更能充分發(fā)揮材料受力特性的形式,剪力則成為了拱壓力的垂直分力。對于上承式連續(xù)梁拱組合橋來說,加大中間支點的截面可以承擔(dān)更多的內(nèi)力,而在跨中段拱梁合一,可以使建筑高度最小。加勁梁的預(yù)應(yīng)力及拱的軸向壓力能有效承擔(dān)彎矩;中承式連續(xù)梁拱組合橋這種結(jié)構(gòu)型式更符合連續(xù)橋梁受力特點,在彎矩較大的跨中和中支點處,梁受拉、拱受壓使得組合結(jié)構(gòu)的抗彎能力最佳,而在剪力最大的中支點處,水平線與拱

15、軸線傾角最大,拱壓力所產(chǎn)生的豎向分力也最大,使得組合結(jié)構(gòu)的抗剪能力最佳;下承式連續(xù)梁拱組合橋的拱對中跨的加強使梁體內(nèi)力重新分布,本來由很大部分的荷載轉(zhuǎn)由拱直接傳遞到支點,梁拱組合的相對封閉作用很大程度上阻止了相鄰跨之間的荷載相互傳遞,使得中跨與邊跨內(nèi)力的相互影響大為減弱。梁拱組合體系有著上述結(jié)構(gòu)受力優(yōu)點的同時,也存在一些對結(jié)構(gòu)受力不利的因素:由于梁和拱兩種結(jié)構(gòu)物荷載響應(yīng)不協(xié)調(diào)使得梁拱結(jié)合部位的裂縫的問題、鋼管混凝土中鋼管和混凝土之間由于收縮徐變以及彈性模量差異引起的內(nèi)力重分布問題、為抵抗巨大的拱腳推力而施加在梁體上的預(yù)應(yīng)力對梁體結(jié)構(gòu)徐變的影響,進(jìn)而對整體結(jié)構(gòu)物長期變形與受力的趨勢產(chǎn)生重要影響。

16、.梁拱組合結(jié)構(gòu)的研究意義和現(xiàn)狀隨著我國客運專線、高速鐵路以及城市軌道交通建設(shè)高峰時期的到來,非常規(guī)的、新型的、復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)將不斷涌現(xiàn),近年來對鋼管混凝土拱橋的理論研究己經(jīng)開展了很多有益的工作,但遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上鋼管混凝土拱橋的發(fā)展步伐。在鋼管混凝土拱橋的設(shè)計計算中利用的是建筑結(jié)構(gòu)中鋼管混凝土柱的一些受力特性,因此鋼管混凝土的大長細(xì)比、曲桿、壓彎等特性不能完全模擬真實結(jié)構(gòu)中的情況,實際上對鋼管混凝土拱橋的受力特性的研究剛剛開始。另外,在鋼管混凝土拱橋在設(shè)計過程中直接采用的是圬工拱橋或者鋼筋混凝土拱橋的計算方法,而沒有自己的計算方法和理論。鋼管混凝土拱橋由于材料強度的提高、跨徑的增大,施工以及成橋后的

17、穩(wěn)定性問題更加突出,而對鋼管混凝土結(jié)構(gòu)中的混凝土收縮、徐變以及溫度變化引起的內(nèi)力計算的研究也只是初步階段。隨著跨徑的增大,鋼管混凝土拱橋的動力學(xué)問題也越來越突出。因此對于連續(xù)梁拱組合橋力學(xué)性能的研究對實際工程有著很強指導(dǎo)意義。蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.本文課題的提出及研究內(nèi)容預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁拱組合體系橋梁,由拱肋、系梁、吊桿及橋面系組合起來共同受力,是梁橋和拱橋的結(jié)合體,集合了兩者的優(yōu)點,既改善了連續(xù)梁橋的受力狀況,又克服了傳統(tǒng)拱橋巨大的拱端推力,而加勁縱梁又可以提高橋梁整體剛度和拱肋的穩(wěn)定性。這種結(jié)構(gòu)不但能有效降低建筑高度,而且使得自重大大減輕,跨度得以增大,是一種結(jié)構(gòu)合理、外形美觀、新穎

18、的結(jié)構(gòu)體系。目前,該類型結(jié)構(gòu)由于跨度大、結(jié)構(gòu)整體性好和剛度大等優(yōu)點,逐步在客運專線建設(shè)中大量應(yīng)用,而對鋼管混凝土拱橋設(shè)計理論的研究則相對落后于工程實踐,尤其在大跨度連續(xù)梁拱組合橋的力學(xué)性能方面的研究有待進(jìn)一步深化。本文以正建的咸陽西立交特大橋為工程背景,研究了大跨度雙線鐵路連續(xù)梁拱組合橋的靜力性能、動力特性、徐變效應(yīng)、溫度效應(yīng)等問題。對保證橋梁合理受力和良好運營具有較大的實際意義,同時研究成果可為同類工程提供理論指導(dǎo)。本研究主要工作有:簡要介紹了梁拱組合結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生及在鐵路大跨度橋上的應(yīng)用情況,概述了梁拱組合橋的受力特點,并介紹了梁拱組合結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀和研究現(xiàn)狀。通過建立咸陽西立交特大橋的空間有

19、限元模型,考慮多種荷載組合作用下的橋梁在正常使用狀態(tài)下的靜力行為分析,結(jié)果表明結(jié)構(gòu)變形和構(gòu)件應(yīng)力都在容許范圍之內(nèi)。以咸陽西立交特大橋為背景,通過空間有限元模型計算了橋梁的自振特性;并分析了結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)的改變對自振特性結(jié)果的影響。根據(jù)對自振特性的理論分析,結(jié)合工程檢測實例分析了自振特性在橋梁檢測中的應(yīng)用。闡述了梁拱組合橋徐變的意義、特點以及徐變應(yīng)變的計算方法并介紹了混凝土徐變引起的結(jié)構(gòu)次內(nèi)力和變形計算方法,考慮了徐變對咸陽西立交特大橋的位移的影響以及徐變引起的應(yīng)力重分布。通過對有限元模型施加溫度荷載計算了梁拱組合橋的溫度效應(yīng)影響,得到了梁拱組合橋在不同溫度荷載作用下的拱肋內(nèi)力和撓度的變化規(guī)律。大

20、跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析梁拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)性能研究隨著我國客運專線、高速鐵路以及城市軌道交通建設(shè)高峰時期的到來,非常規(guī)的、新型的、復(fù)雜的橋梁結(jié)構(gòu)將不斷涌現(xiàn),使得靜力學(xué)性能的分析對指導(dǎo)鐵路橋梁建設(shè)的重要性和必要性更為突出。本節(jié)對于雙線鐵路連續(xù)梁拱橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能進(jìn)行研究,從而得出重要結(jié)論,為以后修建同類橋梁作為參考。.工程背景咸陽西立交特大橋位于陜西省咸陽市秦都區(qū)及興平市境內(nèi),工程區(qū)地貌單元為渭河二級階地,地形平坦,地勢開闊。為滿足橋下凈空要求跨越西寶高速公路,同時要求盡量降低鐵路路肩高程,主橋采用.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁與中孔鋼管混凝土加勁拱組合結(jié)構(gòu)體系,橋梁全長.。

21、梁體為單箱雙室、變高度、變截面箱形結(jié)構(gòu),三向預(yù)應(yīng)力體系。中支點處梁高.,跨中米直線段及邊跨.米直線段梁高為.,梁底下緣按.次拋物線變化,箱梁頂寬. ,底寬.,翼緣板懸臂端長.。鋼管拱軸線采用二次拋物線,計算跨徑,計算矢高產(chǎn).,矢跨比/。拱軸線計算方程一/.坐標(biāo)原點在橋墩中心梁項面下.處。中跨梁面設(shè)置兩道拱肋,中心間距.。兩道拱肋之間共設(shè)置道米字撐、道撐,對吊桿。該橋梁的總體布置圖橋型布置如圖.。鰻魚 . 魚 魚魚. .圖.成陽西特大橋橋型布置圖蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.分析模型.有限元模型的建立橋梁結(jié)構(gòu)對于梁拱組合橋,常用桿系模型可以反映橋梁整體力學(xué)行為,并且分析結(jié)果可與現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,

22、進(jìn)行結(jié)構(gòu)強度和剛度驗算。采用桿系單元進(jìn)行建模時,主梁、拱肋、橫撐均用梁單元模擬,吊桿用只受拉的桁架單元。梁單元與桁架單元節(jié)點采用魚骨模型簡化,將主梁作為一根在橋梁中線位置的梁。將兩側(cè)吊桿以及兩側(cè)拱肋與主梁之間剛性連接,以考慮吊桿與主梁在節(jié)點部位的變形協(xié)調(diào)。模型局部連接處理如圖.所示。圖.吊桿、拱肋和縱梁的連接采用/ 建立全橋空間有限元模型,全橋共梁單元個,桁架單元個。整體模型如圖.所示.。模型整體坐標(biāo)系統(tǒng)為:整體軸為橋梁長度方向,軸為橋梁寬度方向,軸為橋梁高度方向。圖.全橋空間有限元模型大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析.結(jié)構(gòu)材料橋梁采用的材料及參數(shù)如表.所示。表.結(jié)構(gòu)材料我國鋼管混

23、凝土的基本理論大致形成了三個理論體系:中國工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程 :;國家建材工業(yè)局頒布的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程?;能源部頒布的鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)程 .。鋼管混凝土構(gòu)件的變形模量, :在變形計算一章給出了鋼管混凝土構(gòu)件的剛度計算公式:以以.、 。式中:尉一鋼管混凝土壓縮和拉伸剛度;肼一鋼管混凝土的彎曲剛度;、卜混凝土、鋼管的彈性模量;、么.卜混凝土、鋼管的面積;尼、矗一混凝土、鋼管的慣性矩。?對鋼管混凝土受壓構(gòu)件的變形模量用下式計算:。.一十式中:。一鋼管混凝土桿件的彈性交形模量;一含鋼率;耳、乓一意義同上式。:?和受壓桿件變形模量相差約.倍。此外,?在

24、軸心受壓桿件穩(wěn)定計算中,考慮長細(xì)比對強度的折減系數(shù)時,采用式.作為受彎時的彈性模量。由后面可知,鋼管混凝土構(gòu)件受彎時的彈性交形模量要大于受壓時的彈性變形模量,因此,不分受壓和受彎,統(tǒng)一取用一個彈性變形模量是不合理的。在原暫行規(guī)定給出鋼管混凝土桿件受壓變形模量的基礎(chǔ)上增加了受彎變形模量,按式.計算:.礎(chǔ)。囂 碟憊式中:?鋼管混凝土受彎構(gòu)件變形模量;髭?組合材料的比例極限;占?相應(yīng)于比例極限時的應(yīng)變值;舷?系數(shù)值。由于式.中;和是鋼管混凝土組合構(gòu)件作為一種材料看待的強度值和應(yīng)變值,具體公式較繁。等效容重的計算方法如下:/。式中:么。,一等效截面積;、一原混凝土、鋼管的容重;。、么,一原混凝土、鋼管

25、的截面積。.荷載效應(yīng)結(jié)合梁拱組合橋梁的結(jié)構(gòu)特點,整體結(jié)構(gòu)分析中的荷載主要包括:恒載恒載包括自重、二期恒載和預(yù)應(yīng)力、混凝土的收縮和徐變。自重按照結(jié)構(gòu)容重和重/計力加速度施加。根據(jù)設(shè)計資料,包括線路及橋面上設(shè)備在內(nèi)的二期恒載按預(yù)應(yīng)力效應(yīng)和混凝土的收縮與徐變算,施加于有限元模型的縱梁上,按均布荷載施加。效應(yīng)按照鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.?計算?；钶d該橋為雙線鐵路,設(shè)計采用活載?？瓦\專線活載圖式如.所示。大跨度連續(xù)梁一拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析×娜融蛹壘韜馬圖.客運專線活載圖式溫度荷載根據(jù)設(shè)計資料,溫度分別考慮全橋整體升降溫和全橋非均勻溫度變化,即吊桿、拱肋與混凝土主

26、梁之間存在溫差兩種模式。故溫度效應(yīng)計算按照種工況施加:結(jié)構(gòu)整體升溫、結(jié)構(gòu)整體降溫、僅拱肋降溫、僅拱肋升溫、僅吊桿降溫、僅吊桿升溫。根據(jù)鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范要求,對荷載進(jìn)行組合,具體如表.所示。表.荷載組合蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文.正常使用狀態(tài)下的靜力行為分析結(jié)果.結(jié)構(gòu)位移考慮列車活載在單線行駛狀態(tài)下屬于偏載現(xiàn)象,有必要對單線行駛下的各種荷載組合進(jìn)行結(jié)構(gòu)位移的分析,故在移動荷載工況設(shè)置中將兩車道進(jìn)行組合折減系數(shù)取.,即同時考慮了單線行駛和雙線行駛組合下的各工況的結(jié)構(gòu)縱向、橫向、垂直方向的最大位移。結(jié)構(gòu)最大位移見表.。表.結(jié)構(gòu)最大位移單位:從表.可以看出各荷載組合下最大豎向撓度為恒載活載拱肋相對降

27、溫的情況,此時撓度為,撓跨比為./,最大撓度值發(fā)生在主梁主跨跨中的位置。恒載作用下的豎向撓度值為. ,撓跨比為./。恒載作用下的軸向位移為.,荷載組合下最大軸向總位移為. 。與設(shè)計規(guī)范比較可知,在以上所有荷載組合中最不利情況下梁體的豎向撓度在容許變形范圍內(nèi),滿足結(jié)構(gòu)變形的要求。.結(jié)構(gòu)應(yīng)力根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同荷載組合工況,可算得各類桿件的應(yīng)力。由于梁拱組合橋各構(gòu)件在實際運營中處于組合受力狀態(tài),故研究構(gòu)件的組合應(yīng)力狀態(tài)具有實際意義。此處研究的組合應(yīng)力主要包括:大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析。,:定義在截面沿.軸最低點和軸最高點的軸向和彎曲組合應(yīng)力;。,:定義在截面沿.,軸最高點和軸最高點的

28、軸向和彎曲組合應(yīng)力;,:定義在截面沿軸最高點和軸最低點的軸向和彎曲組合應(yīng)力;?一,:定義在截面沿軸最低點和軸最低點的軸向和彎曲組合應(yīng)力。列車活載在單線行駛和雙線行駛中的各種荷載組合下的各構(gòu)件的最大組合應(yīng)力及對應(yīng)的荷載組合編號分別見如表.。由表.可知,作為預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的主梁,全截面受壓,組合壓應(yīng)力為.之間,壓應(yīng)力在恒載活載拱肋相對升溫組合下達(dá)到最大值,在恒載作用下達(dá)到最小值;拱肋的組合應(yīng)力在一. 之間,在恒載活載吊桿相對降溫組合下達(dá)到最大壓應(yīng)力,在恒載拱肋相對降溫組合下達(dá)到最小壓應(yīng)力;吊桿受力以受拉為主,組合拉應(yīng)力為. 之間,拉應(yīng)力在恒載吊桿相對升溫組合下達(dá)到最小值,在恒載活載拱肋相對升溫組

29、合下達(dá)到最大值。表.構(gòu)件最大應(yīng)力單位:. ?. .?？v梁?.?. ?. ?. . ?.拱肋. ?. . ?. . .吊桿. . .蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文一. . . . . 縱梁?. ?. ?. ?.?. . . . 拱肋?. ?. ?. . . . 吊桿. . . . 表.構(gòu)件最大應(yīng)力單位:組合構(gòu)件? . ?. ?. ? .縱梁?. ?. ?. . ?. ?. ?.拱肋?. ?. ?. . . . . .吊桿大跨度連續(xù)粱一拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析表.構(gòu)件最大應(yīng)力單位:. ?. ?. . 縱梁?. ? ?. .?. ?. ?. ?. 拱肋. ? . ?. . . . 吊桿. . . .

30、 一蘭少交通大學(xué)碩士學(xué)位論文表.構(gòu)件最大應(yīng)力單位:構(gòu)傳組合? ? 一雌觚一 ?. 縱梁一. ?.?. ?.一 ?. . 翎.卟一.?. . 。. . 衛(wèi)士工. . . 表.構(gòu)件最大應(yīng)力單位:構(gòu)件組合,: ,:一: ?一:拱肋流 :嘉 :荔:黧 :靶 :;戕 吊桿。一. . 表.構(gòu)件最大應(yīng)力單位:構(gòu)件組合. ?. . ?. 縱粱?. .?. ?. ?. ?. ? ?.拱肋. ?. ?.?. . . 吊桿. . . . 通過分析表.在各種荷載組合下的數(shù)據(jù),可得到:在正常使用狀態(tài)下主梁的混凝土正截面上緣。,、。,壓應(yīng)力在主力組合,主力附加力組合下的最大值為下的最大值為.【盯】客俐占.;主梁的混凝土正

31、截面上緣壓應(yīng)力在主力組合下的最小值為.盯容許佰.,主力附加力組合下的最小值為.,滿足不容許出現(xiàn)拉應(yīng)力的要求。故正常使用狀態(tài)下主梁的混凝土正截面上緣壓應(yīng)力滿足設(shè)計的要求。在正常使用狀態(tài)下主梁的混凝土正截面下緣,、,壓應(yīng)力在主力組,主力附加力組合下的最大值為合下的最大值為.盯容俐自.大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析;主梁的混凝土正截面下緣壓應(yīng)力在主力組合下的最小值為.容許值. ,主力附加力組合下的最小值為. ,滿足不容許出現(xiàn)拉應(yīng)力的要求。故正常使用狀態(tài)下主梁的混凝土正截面下緣壓應(yīng)力滿足設(shè)計的要求。在正常使用狀態(tài)下拱肋的鋼管截面壓應(yīng)力在主力組合下的最大值為.容許值,主力附加力組合下的最大

32、值為.盯】容許值;拱肋的鋼管截面壓應(yīng)力在主力組合下的最小值為.,主力附加力組合下的最小值為,滿足容許應(yīng)力的要求。故正常使用狀態(tài)下拱肋的鋼管截面壓應(yīng)力滿足設(shè)計的要求。從表中可以看出:拱肋的鋼管截面上緣眥、。:壓應(yīng)力在各種組合下的最大值均小于下緣截面下緣,、。,的最大值;拱肋的鋼管截面上緣壓應(yīng)力在各種組合下的最小值均大于下緣截面下緣的最小值。故拱肋截面的受力為全截面偏心受壓且偏下緣方向。數(shù)據(jù)中主梁的最大壓應(yīng)力普遍出現(xiàn)在拱腳處,最小壓應(yīng)力普遍出現(xiàn)在邊跨支座附近。在各種組合下主梁的混凝土正截面下緣的應(yīng)力值變化比較均勻且壓應(yīng)力值在.之間;正截面上緣的應(yīng)力值變化相對比較大且壓應(yīng)力值在. 之間。綜上所述,各

33、構(gòu)件的應(yīng)力在容許應(yīng)力范圍內(nèi),滿足設(shè)計規(guī)范且滿足安全受力要求。.本章小結(jié)本章對咸陽西立交特大橋的靜力性能進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析,考慮了該橋在多種荷載組合下結(jié)構(gòu)縱向、橫向、垂直方向的最大位移,并得到結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最大豎向撓度時的最不利荷載組合,最終驗證了荷載組合下的結(jié)構(gòu)的最大位移均滿足結(jié)構(gòu)變形的要求,即均在容許變形范圍內(nèi)。驗證了結(jié)構(gòu)在不同荷載組合下各類桿件的應(yīng)力情況,經(jīng)比較后各桿件的應(yīng)力均滿足容許應(yīng)力的要求,故滿足設(shè)計的要求;從數(shù)據(jù)的變化規(guī)律也得出了相應(yīng)的結(jié)論。蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文連續(xù)梁拱組合橋梁的動力學(xué)性能研究.引言連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)作為一種新興的鐵路橋型,具有良好的結(jié)構(gòu)變形、列車走行性、抗風(fēng)抗震性、

34、抗疲勞性能和技術(shù)經(jīng)濟(jì)性,是大跨連續(xù)梁和拱兩種結(jié)構(gòu)體系的有機(jī)結(jié)合。近十幾年來在我國得到了極大的發(fā)展,相繼在鐵路橋梁設(shè)計中得到應(yīng)用,而對鋼管混凝土拱橋設(shè)計理論的研究則相對落后于工程實踐,同時關(guān)于動力學(xué)方面的研究還是比較少的。本文以正建的咸陽西立交特大橋工程背景,研究了大跨度雙線鐵路連續(xù)梁拱組合橋的動力特性問題,主要完成了以下幾個方面的工作:通過空間有限元模型計算了橋梁的自振特性;并分析了結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)的改變對自振特性結(jié)果的影響。連續(xù)梁拱組合橋動力特性的分析.橋梁結(jié)構(gòu)的振型與頻率連續(xù)梁拱組合橋的自振特性是動力特性的重要參數(shù),它代表了結(jié)構(gòu)的自身屬性,其中自振頻率和振型情況能夠體現(xiàn)出橋梁結(jié)構(gòu)的剛度指標(biāo)。而

35、質(zhì)量分布、結(jié)構(gòu)的組成體系、剛度以及支承等條件都是決定自振特性的重要指標(biāo)。當(dāng)結(jié)構(gòu)自由振動時,體系為無阻尼振動,其振動的基本方程如下:.水當(dāng)結(jié)構(gòu)依照一種特定的振型作自由振動時,即各質(zhì)點均作簡諧運動,因此方程的解可設(shè)為:.國夠則有:.戈,一國一.中得.一/式.存在非零解的充分必要條件是:.陋卜卅式.代表無阻尼時自由振動結(jié)構(gòu)的頻率方程,此方程存在個解砰,喀?,群,大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析即得結(jié)構(gòu)的力個自振頻率。將所得結(jié)果;依次代回到方程。中,可以得到相應(yīng)的頻率值所對應(yīng)質(zhì)點相對的振幅值.,該頻率的振型就是依照這些相對振幅值來繪制的結(jié)構(gòu)、。每一個質(zhì)點的側(cè)移曲線。因此,自振特性的分析最終

36、可以總結(jié)成例如.所示的廣義特征值計算的問題,代表玎×/階的對稱矩陣,代表單位矩陣、代表特征向量,再依照特征值都為實數(shù)以及特征向量相互正交的特點來得到特征值的求解方法。.特征值的計算方法關(guān)于求解特征值的方法有很多種,但一般常用有以下四種:逆迭代法、?法以及子空間迭代法、向量迭代法和廣義法等。逆迭代法逆迭代法是是一個反復(fù)迭代求解振型和頻率的方法,它以最初所假定的初始振型為根本,在此基礎(chǔ)上讓方程反復(fù)迭代,得到最低頻率及振型,然后再通過所得振型經(jīng)過數(shù)次的迭代計算來得到它的更高階的振型和頻率。這種方法的優(yōu)點是求解最低振型比較,有效,但在求解高階振型時收斂速度太慢,計算工作量太大而且效率會很低,

37、它要求從低到高的順序依次計算每個振型及淘汰矩陣。向量迭代法向量迭代法是由矢量迭代、分析、解三角矩陣特征問題等步驟構(gòu)成的。首先通過矢量迭代產(chǎn)生具有正交性的近似矢量組,由變換使原問題轉(zhuǎn)化為低階的三對角矩陣,然后求解三對角矩陣的特征值,即為原始矩陣的一組特征值。相對于子空間迭代法計算量要少很多,是目前求解大型矩陣特征值問題最有效的方法,被廣泛的運用于求解大型特征值問題。?法?近似求解方法的實質(zhì),是在維向量空間的一個子空間中,尋找瑞利商的駐值點即對應(yīng)的近似特征向量和相應(yīng)的駐值即對應(yīng)的近似特征值。對于簡單結(jié)構(gòu),選取合適的初始子空間比較容易,此法可以得到比較好的近似解,但是當(dāng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜時,初始子空間很難選取

38、。所以此種方法對于計算低階振型比較好,計算高階振型時效果則比較差。子空間迭代法子空間迭代法是把.方法和逆迭代法結(jié)合起來,可對任意個特征向量進(jìn)行同時迭代,其剛度矩陣及質(zhì)量矩陣可以通過一位稀疏變帶寬方式儲存,對系統(tǒng)內(nèi)存利蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文用效率高,被廣泛地應(yīng)用于各種大型結(jié)構(gòu)分析程序中。.成陽西立交特大橋自振特性計算結(jié)果本文采用 內(nèi)置的子空間迭代法,計算咸陽西立交特大橋模型的自振特性。自振特性計算模型采用假定如下:鋼管內(nèi)混凝土不考慮套箍作用的影響。該模型考慮各種參數(shù)盡可能與實際情況相符,稱為基本模型或原模型。其自振特性的分析結(jié)果如下:頻率與振型見表.和圖.。表.咸陽西立交特大橋的前十五階振型與

39、頻率注:豎彎是拱肋與主梁的同步豎向振動;橫彎是指拱肋的橫向振動;扭轉(zhuǎn)主要是指拱肋的扭轉(zhuǎn)。從咸陽西立交特大橋的自振頻率表中可見:第一階振動為拱平面外的側(cè)向振動,第三階為面內(nèi)的豎向振動;面外、面內(nèi)振動基頻分別為:.和.,兩者的比值為.;說明橋跨結(jié)構(gòu)面外側(cè)向振動影響要強于面內(nèi)豎向振動,同時面外穩(wěn)定性要弱于面內(nèi)穩(wěn)定性。可以看出,在前階振型中,前階均為側(cè)向振型,反映出該類型橋梁由于跨度大,橫向剛度主要由分離的拱肋和吊桿提供,橫向剛度較小,故應(yīng)加強橫向振動的控制措施。大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析圖.第一階振型平面圖.第一階振型立面圖.第二階振型平面圖.第二階振型立面圖第三階振型平面圖.第三

40、階振型立面圖.第四階振型平面蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.第四階振型立面圖.第五階振型平面圖.第五階振型立面圖.第六階振型平面圖.第六階振型立面圖.第七階振型平面一大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析圖.第七階振型立面圖.第八階振型平面圖。第八階振型立面圖.第九階振型平面圖.第九階振型立面圖.第十階振型平面蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文圖.第十階振型立面圖.第十一階振型平面圖.第十一階振型立面圖.第十二階振型平面圖.第十二階振型立面圖.第十三階振型平面大跨度連續(xù)梁?拱組合橋上部結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能分析圖.第十三階振型立面圖.第十四階振型平面圖.第十四階振型立面圖.第十五階振型平面圖.第十五階振型立面蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文通過分析咸陽西立交特大橋的前階振型,可得到:本橋基頻為.,對應(yīng)主振型為拱肋橫向側(cè)彎,可以看出鋼管混凝土拱橋橫向剛度較小。拱肋的前振型中面內(nèi)、面外的振動基本上交錯出現(xiàn),振動頻率變化比較均勻,可見拱肋的縱向剛度與橫向剛度差別不太大,滿足了設(shè)計中拱肋剛度的平衡性。全橋的階振型中均未出現(xiàn)扭轉(zhuǎn),可見箱梁的抗扭剛度比較大。模型采用子空間迭代法,計算前階振型,振型各方向累計參與質(zhì)量為:方向.%,方向.%,方向.%。各方向參與質(zhì)量均超過%,計算結(jié)果能比較準(zhǔn)確的反應(yīng)結(jié)構(gòu)實際情況。.結(jié)構(gòu)構(gòu)件參數(shù)改變對動力特性的影響從實橋抽象