大跨径混合梁斜拉桥钢混结合段静力及疲劳性能分析

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:edgecsst
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混合梁斜拉桥钢混结合段由混凝土和钢材组成,充分发挥了两种材料各自的优势,能有效地解决主塔两侧跨径比例不协调的矛盾。然而,钢混结合段是混合梁斜拉桥中受力和构造都比较复杂的一个部位,关系着混合梁斜拉桥的整体受力和结构安全,其关键构件在活载作用下很可能发生疲劳破坏,但目前的相关研究非常少。因此,本文以主跨为818m的九江长江大桥为背景,基于有限元分析方法和疲劳相关理论,对该桥钢混结合段的静力和疲劳性能两个方面进行研究。主要工作和成果如下:(1)叙述了混合梁斜拉桥的发展情况和钢混结合段静力及疲劳性能的研究现状,总结了钢混结合段疲劳性能研究所需要的理论基础,并介绍了桥梁整体及局部有限元建模的方法和思路。(2)分别采用Midas civil和Midas FEA NX建立全桥和钢混结合段局部有限元模型。通过全桥有限元模型获得了结合段一端截面内力值,将其施加于局部有限元模型进行静力分析。结果表明结合段的混凝土部分几乎处于受压状态,钢混结合段中所有钢壳体构件有效应力值均小于允许应力值,因此钢混结合段受力性能良好。(3)PBL剪力键和剪力钉的剪力分布沿横桥向中间大,两边小;沿纵桥向随着至承压板距离的增加先减小,后增大,纵向最后几排剪力构件剪力增长速率比较大,分担了绝大部分荷载。随着承压板厚度的增加,剪力构件承担的荷载随之减小。原设计承压板6cm厚度适中,可适当增减厚度调整剪力构件与承压板之间的荷载分担比率,但增减幅度不宜过大。(4)选取了基于九江长江大桥实际交通荷载数据优化而得到疲劳荷载模型,并总结了欧洲、英国及美国相关规范建议的疲劳荷载模型。将四种疲劳荷载模型施加到结合段局部模型获得各验算点的应力时程曲线,并计算其疲劳损伤和疲劳寿命。结果表明PBL剪力键和剪力钉的疲劳损伤非常小;在U型肋、顶板、承压板连接构造处及T型肋与承压板的连接构造处,承压板疲劳损伤小,U型肋和T型肋疲劳寿命最短,但远大于设计使用寿命,钢混结合段疲劳性能良好。(5)基于实测交通荷载数据疲劳荷载模型下的疲劳寿命最低,基于欧洲规范和英国规范的疲劳荷载模型下的结果较为接近,基于美国规范对应疲劳荷载下的疲劳寿命远大于前三者。利用欧美国家地区规范下的疲劳荷载模型来预测九江长江大桥钢混结合段疲劳寿命的失真程度较大。
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