基于加劲作用的大跨度铁路组合结构桥梁受力性能研究

作     者：刘瑞 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：朱东生

授予年度：2019年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：矮塔斜拉桥 梁拱组合桥 加劲效果 力学特性 

摘      要：铁路桥承受活载偏大,刚度要求高,大跨径桥梁往往是刚度控制设计,为满足刚度要求,可增加主梁截面尺寸,或采用组合结构。增加主梁截面尺寸导致结构自重增加,所以当跨径较大时,该方法的经济性和可行性较差。因此大跨径铁路梁桥常采用组合体系。矮塔斜拉桥和梁拱组合桥是大跨度铁路桥梁中常见的增加桥梁刚度的两种组合体系结构,深入认识这两种组合体系桥梁在恒载、活载、徐变及温度作用下的受力特点,对于设计工作中的方案选择具有较大的实用价值,为此,本文选择两座跨径相近的实际工程,并以两座同等跨径连续刚构桥作为比较基准桥梁,深入分析了这两种组合体系桥梁在荷载作用下各自的受力特点,总结了恒载、活载在不同基本结构(梁、拱、拉索)中的分配,分析其各自的加劲效果,所得研究结果对工程设计具有一定参考价值。本文具体研究工作如下:1、简述了矮塔斜拉桥和梁拱组合桥的运用与研究状况,结合依托工程,总结了两种组合体系桥梁的材料用量、施工重难点等一般特征。2、建立了矮塔斜拉桥及其基准桥梁(同等跨径连续刚构桥)、梁拱组合桥及其基准桥梁的有限元计算模型,进行了依托工程的施工全过程分析,重点分析了最大悬臂阶段和成桥阶段恒载作用下四座桥梁的内力,结果表明,矮塔斜拉桥拉索承担了较多恒载,而梁拱组合桥拱肋分担的恒载比例较小。3、通过影响线分析,均布活载、活载最不利加载等不同加载方式,研究了活载作用下组合体系桥梁主梁内力、应力等关键指标的变化情况,分析了矮塔斜拉桥和梁拱组合桥对连续刚构桥的加劲效果。结果表明活载作用下矮塔斜拉桥拉索只分担了少量活载,对主梁的加劲作用也有限,而梁拱组合桥拱肋承担的活载比例较大,并显著提高了主梁的竖向刚度。4、计算了活载作用下矮塔斜拉桥拉索和梁拱组合桥吊杆的应力情况,结果表明梁拱组合桥吊杆应力幅明显大于矮塔斜拉桥拉索应力幅;并研究了部分设计参数对结构力学性能的影响。5、当桥梁跨径增大时,为提高全桥刚度,铁路桥梁中常采用墩梁固结形式,此时徐变及温度的影响不可忽略,因此本文还分析了混凝土徐变和温度对两种组合体系桥梁变形及内力的影响。结果表明温度荷载作用下刚构体系桥梁产生的桥墩内力较大,斜拉索和拱肋的加劲作用减小了混凝土徐变引起的梁体变形。