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铁道科学与工程学报 2020年第6期17卷 1462-1470页

作者：刘榕才振山沈锐利张晋瑞湖南省交通规划勘察设计院有限公司湖南长沙410008 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

螺栓临时铰是大跨度悬索桥加劲梁施工中的一种临时连接构件,避免了传统大铰提前制作、安装并参与梁段预拼的麻烦。目前,螺栓临时铰连接件的相关分析匮乏,为了分析其传力和变形模式,利用ABAQUS建立考虑接触非线性、材料非线性的临时铰实... 详细信息

螺栓临时铰是大跨度悬索桥加劲梁施工中的一种临时连接构件,避免了传统大铰提前制作、安装并参与梁段预拼的麻烦。目前,螺栓临时铰连接件的相关分析匮乏,为了分析其传力和变形模式,利用ABAQUS建立考虑接触非线性、材料非线性的临时铰实体模型,根据单向力作用下的平衡与变形协调条件,建立最不利螺栓剪力计算公式,并通过实桥工程验证其可靠性。研究结果表明:轴力和剪力作用下本文公式和有限元计算结果的相对误差在5.0%以内,弯矩作用下的误差在10%以内,而规范计算方法的相对误差均在25.0%以上。该计算方法的建立,有利于了解螺栓临时铰的传力规律并可在钢桁梁悬索桥实践中推广应用。

关键词：悬索桥螺栓临时铰临时链接承载力刚度曲线

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用于悬索桥钢桁架铰接的临时铰精细化分析

用于悬索桥钢桁架铰接的临时铰精细化分析

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作者：才振山西南交通大学

学位级别：硕士

随着国家交通大发展,大跨度钢桁梁悬索桥甚至多塔多跨钢桁梁悬索桥应用越来越多,为了解决钢桁梁刚铰结合法施工中传统大铰需要提前设计、制作、安装,并参与梁段预拼的麻烦,保证重量越来越大的钢桁梁铰接时的安全性,杭瑞洞庭湖大桥采用... 详细信息

随着国家交通大发展,大跨度钢桁梁悬索桥甚至多塔多跨钢桁梁悬索桥应用越来越多,为了解决钢桁梁刚铰结合法施工中传统大铰需要提前设计、制作、安装,并参与梁段预拼的麻烦,保证重量越来越大的钢桁梁铰接时的安全性,杭瑞洞庭湖大桥采用螺栓临时铰作为钢桁梁段间的铰接构件,这种螺栓临时铰无需提前在工厂制作、安装,实现加劲梁架设阶段空间立体多作业面施工,减少了许多工程量,提高了施工进度,创造了可观的经济效益。同时,螺栓临时铰作为一种创新型半刚性临时连接构件,相关的研究仍然比较匮乏,螺栓临时铰各因素对传力、变形模式的影响尚不清晰,由于螺栓临时铰局部模型为考虑了接触非线性、材料非线性的实体模型,采用有限元计算需要大量的时间,所以为了在全桥整体模型中考虑螺栓临时铰的作用,应提出一种合理的简化方式,提高分析效率。不同的临时铰简化方式对施工分析结果的影响同样无相关资料可供参考,不利于将螺栓临时铰推广到其他钢桁梁悬索桥中应用。基于此,本文展开了以下工作:（1）介绍偏心受剪螺栓群极限承载力的两种计算理论,并通过一个简单的例子验证ABAQUS有限元模拟结果的准确性;然后介绍本文研究对象螺栓临时铰在悬索桥加劲梁施工中的应用;讨论临时铰有限元模拟的几个重要环节,其中包括ABAQUS非线性理论、模型材料特性等,并建立螺栓临时铰的ABAQUS有限元模型;最后详细分析了临时铰构件的承载力及刚度;（2）分析了在轴力、剪力作用下带初始配合间隙螺栓群力的分配特点,提出适用于任意形式的螺栓临时铰最不利螺栓剪力的计算公式;（3）分析了仅弯矩作用下螺栓群受力全过程,提出考虑冲钉影响的转动中心计算公式、仅弯矩作用下最不利螺栓剪力估算公式、根据转动角度反算螺栓剪力公式;（4）依次分析螺栓与螺栓孔尺寸配合关系、普通螺栓布置形式、冲钉与普通螺栓数量关系三种主要因素对螺栓临时铰性能的影响;（5）以杭瑞洞庭湖大桥为背景工程,首先总结了临时铰设计流程,及相应的初步设计公式;其次介绍了建立悬索桥整体有限元模型的几个重要环节,并提出临时铰在全桥整体模型中简化方式;然后利用ANSYS生死单元建立了大桥的全桥平面模型并进行施工阶段分析,提取施工节点力,初步设计临时铰,结合转动中心的位置探讨了桥面碰撞问题;并利用非线性弹簧单元计算了所设计临时铰在施工过程中的受力,结果表明初步设计合理,临时铰未出现超限的情况;（6）以瓯江北口大桥为背景工程,首先建立了全桥平面模型并进行施工阶段分析,进行了针对本桥的设铰位置计算,并验算弦杆、吊索应力,提取设铰位置节点力和下弦杆开口量;然后进行临时铰的初步设计,结合第四章的分析内容,提出临时铰布置形式,并结合第三章内容重点进行了传力比推算,结果证明本文提出的传力推算方式比较准确,根据传力比曲线进行节点力验算和角度计算,并结合临时铰转动中心的位置分析了桥面板碰撞检查;最终建立考虑临时铰转动刚度的全桥模型,进行临时铰受力分析。通过本文分析研究表明:螺栓临时铰受力行为的本质是带有初始配合间隙的两相邻偏心受剪螺栓群在外荷载作用下的刚体运动与构件变形;在仅轴力、剪力或者仅弯矩作用下带初始配合间隙的螺栓群剪力并不是均匀分布,并提出相应的计算公式;三种因素对螺栓临时铰传力与变形模式的影响十分明显,临时铰布置是否合理的评价标准是构件承载力限值较高且刚度较小;提出临时铰设计流程及相关公式;杭瑞洞庭湖大桥除两处位置其余均可采用螺栓临时铰;对于瓯江北口大桥,宜在部分临时铰处设置转动自由的大铰。

关键词：悬索桥螺栓临时铰刚铰结合法铰固转换承载力刚度曲线施工方案

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