【博士】高速鐵路下承式鋼箱系桿拱鋼混凝土組合橋結(jié)構(gòu)體系及受力性能研究【2009】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　本文以武廣客運專線汀泗河140m下承式鋼箱系桿拱鋼一混凝土組合橋為工程背景，對下承式系桿拱鋼一混凝土組合橋的結(jié)構(gòu)體系和受力性能作了較為系統(tǒng)的研究，主要取得了如下創(chuàng)新性研究成果：　　1．提出了考慮拱軸線切線傾角影響的下承式系桿拱橋內(nèi)力和變形的簡化解析解。將下承式系桿拱橋分解成梁拱閉合體和吊桿兩種構(gòu)件，建立下承式系桿拱橋的簡化力學(xué)模型，基于試驗和理論分析，將吊桿力簡化為均布力，根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件，推導(dǎo)出橋梁內(nèi)力、變形和拱、梁傳力比等的解析計算式。算例表明，該解析解與有限元分析結(jié)果吻合良好，與不考慮拱軸線切線傾角影響的解析解相比，計算精度明顯提高?！　?．按應(yīng)力最小原則，導(dǎo)出了箱型截面構(gòu)件在軸力和彎矩共同作用下的最佳截面形狀，按橋梁剛度最大原則，提出了最佳截面形狀下拱、梁剛度比和橋梁矢跨比的合理取值范圍。．　　3．提出了下承式系桿拱橋縱、橫梁式結(jié)合橋面在混凝土產(chǎn)生抗力前、后的內(nèi)力和變形的近似解析解。采用“梁格法"和“邊界元法”，根據(jù)平衡條件、變形協(xié)調(diào)條件和邊界條件，導(dǎo)出了縱、橫梁式結(jié)合橋面系第一系統(tǒng)作用下橋面系參與系梁共同作用的近似解析解、第二系統(tǒng)作用下橋面系內(nèi)力、變形的近似解析解。算例表明，該解析解具有較高的計算精度?！　?．通過空間有限元分析，系統(tǒng)研究了高速鐵路大跨度下承式系桿拱橋7種縱、橫梁式結(jié)合橋面的受力特點，提出了改善橫梁面外彎曲和減小混凝土板拉應(yīng)力的多種措施，這些措施效果顯著，切實可行?！　?．從拱肋的穩(wěn)定性出發(fā)，采用空間有限元方法，對高速鐵路大跨度下承式鋼箱系桿拱橋拱肋橫撐的設(shè)置進(jìn)行了優(yōu)化研究，提出了橫撐的合理數(shù)量和間距。結(jié)論可為同類型橋梁橫撐的布置提供參考?！　?．對武廣客運專線140m下承式鋼箱系桿拱鋼一混凝土組合橋完成了1：8的模型試驗。通過對純鋼結(jié)構(gòu)和鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)各種工況的加載試驗，對本文提出的各種計算方法和計算公式進(jìn)行了考核，對橋面結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行了研究，試驗結(jié)果與本文計算結(jié)果吻合良好。　　本文的研究成果已成功應(yīng)用于武廣客運專線汀泗河橋、哈大客運專線新開河疊合拱橋，取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。　　

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