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下承式钢桁结合梁桥是钢桁梁下层桥面系中混凝土板与纵、横梁或下弦杆结合成一体而共同受力的一种新型桥梁结构,因其具有刚度较大、建筑高度较低、行车时噪声和震动较小、动力性能较好等优点,所以是高速铁路桥梁中比较理想的结构形式之一。随着我国高速铁路的大力建设和既有线路的提速,这种桥梁结构形式将会有较为广泛的应用前景。 关于下承式钢桁结合梁桥的研究,目前我国还处于起步阶段,日本、法国等国虽然已建成多座高速铁路下承式钢桁结合梁桥,但公开报道的文献非常少。本文对纵横梁板式下承式钢桁结合梁桥的计算理论及其应用进行了较为详尽的研究,主要完成了如下创新性研究工作: 1.将下承式钢桁结合梁桥进行连续化处理,分别推导了在双线对称荷载和反对称荷载作用下的近似解析解。当下承式钢桁结合梁桥受竖向偏载(单线荷载)作用时,可将荷载化为(正)对称荷载与反对称荷载的迭加。通过假设位移试函数,由位移变分原理导出了考虑钢梁与混凝土板相对滑移和混凝土板剪滞效应的下承式钢桁结合梁桥温度响应的级数解。 2.针对下承式钢桁结合梁桥桥面系纵、横梁与混凝土板结合的不同情况,提出了三种形式的空间非线性板梁单元:第一种为考虑板梁完全共同作用的板梁单元(包括双梁板梁单元和单梁板梁单元);第二种为考虑板梁仅竖向挠度相同的单梁板梁单元;第三种为过渡区板梁单元(包括双梁板梁单元和单梁板梁单元)。给出了各种的单元位移模式、单元刚度矩阵及其等效结点荷载的计算公式。 3.通过将板梁单元进行分层处理,给出了考虑材料非线性和混凝土开裂影响时的单元刚度矩阵和等效结点力的修正方法。 4.基于本文提出的板梁单元,给出了下承式钢桁结合梁桥的空间非线性有限元分析方法,绘出了程序的框图,编制了相应的计算程序。5.设计制作了一个简支下承式钢析结合梁桥模型,并进行了多种工况的试验,试验结果与本文近似解析解基本吻合,与本文数值解也较为接近,说明了本文理论的正确性。 6.利用本文提出的下承式钢析结合梁桥空间非线性有限元分析方法对拟建的一座京沪高速铁路(跨度64米)简支下承式钢精结合梁桥进行了详尽的计算,得到了在一期恒载、二期恒载与活载(双线对称活载、单线活载)共同作用和一期恒载、二期恒载与温度变化共同作用下结构的响应,并进行了分析研究,得出了一些有价值的结论,可供高速铁路下承式钢析结合梁桥设计参考。关键词:下承式钢彬结合梁桥,近似解析解,板梁单元,位移模式,非线性问题