钢--混混合梁特大跨轨道连续刚构桥设计参数分析

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大跨度预应力混凝土连续刚构桥由于其自身结构简单、受力合理、外形优美、施工方便等诸多优势受到了桥梁工程师们的青睐,随着环境对混凝土梁桥建设所提出的更大跨度的要求,从材料方面出发,钢-混混合梁特大跨连续刚构桥逐渐进入人们视野。但是,由于其建造实例较少,并且国内外针对混合梁特大跨轨道连续刚构桥的设计参数方面研究成果很少,极少数关于设计参数的优化研究也仅是针对对称混合梁连续刚构公路桥展开,而对于边跨不对称的混合梁连续刚构和对桥梁合理参数设计的要求更为严格的轨道交通荷载桥梁鲜有涉足。因此,本论文针对以上问题,在调研国内外钢混混合桥梁研究的基础上,依托世界上最大跨钢-混混合梁轨道连续刚构桥——嘉华嘉陵江轨道专用桥,针对不同设计参数确定了相应的分析方法,提出了桥梁简化计算模型,并藉此开展了针对非对称混合梁特大跨轨道连续刚构桥在不同设计参数(梁底抛物线指数、边中跨比、钢箱梁长度设置、高跨比等)情形下的结构受力及变形规律的详细分析,确定了合理取值范围,揭示了其参数敏感性变化规律。本文的主要研究内容如下:
  1.通过对常用结构计算及分析方法进行研究,对比各类方法的优缺点,考虑本文桥梁结构的特殊性,确定基于搜索法的结构优化思想,采用有限元方法对梁底抛物线指数和高跨比进行分析,采用解析法对桥梁跨径布置进行分析。
  2.为了更好地对刚构段设计参数进行分析,对本文依托工程连续-刚构组合桥的延伸段给刚构段所带来的受力和变形的影响进行了分析,忽略影响较小的边墩压缩和主梁轴向变形等因素,简化延伸段对刚构段的弯矩卸载作用,提出了一种主要针对刚构段设计参数研究分析的结构简化模型。
  3.分别考虑恒荷载和活载,采用有限元模型对梁底抛物线指数变化时的主梁自重、关键截面内力和位移的影响进行了详细分析,并基于所得应力和变形结果对梁底抛物线指数的合理取值进行讨论,发现出于对应力及挠度变形安全储备的考虑,抛物线指数值的选取应考虑较小值为宜,在本文所选模型(抛物线指数1.3~2.4)中,可以认为抛物线指数取到1.3时结构设计较优。
  4.设定钢箱梁长度与主跨之比、不等边跨与主跨之比3个参数变量,通过解析法对结构进行求解,得到关键截面内力表达式,计算其内力值并对关键截面的内力值影响规律进行详细分析,得到跨径布置合理取值范围,并基于钢混结合处内力的影响量对3个参数进行敏感性分析,发现其影响程度为:大边跨跨度最大,其次小边跨跨度,钢箱梁长度相对最小。
  5.采用有限元对支点/跨中高跨比同时变化时的主梁关键截面挠度及转角变化规律进行详细分析,结合工程经验得到其合理取值范围,并基于变形控制对支点/跨中高跨比进行了敏感性分析,发现支点高跨比相对于跨中高跨比给跨中下挠变形所带来的影响更为显著,扰动更大。
  本文研究成果可为以后同类桥型的建设和进一步研究提供积极的借鉴作用。
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