斜弯异型装配式箱梁桥受力性能研究

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在我国城镇规划时,为了满足路线线形,行车舒适以及美观要求,出现了很多形状各异的异型桥梁结构。然而异型桥梁结构形式多变导致受力行为复杂,导致工程在设计阶段遇到了许多复杂难题,并且目前国内外学者和工程界关于斜弯异型装配式箱梁桥受力特性进行的分析研究较少。因此,本文以吉首市高铁片区金坪路工程的跨万溶江桥为研究对象开展异型装配式箱梁桥受力性能研究,该桥梁体结构形式为异型装配式预应力混凝土斜弯以直代曲连续小箱梁桥,文章采用有限元计算软件Midas/Civil分别建立不同的分析模型,不仅结合试验研究对全桥的受力性能进行研究分析,同时也对桥梁的内力横向分布计算方法进行了修正优化,这对于完善异型桥梁设计计算方法,进一步探明异型桥梁的受力机理,保障异型装配式箱梁桥的使用性能具有一定的意义和工程应用价值。论文主要开展研究工作如下:1.介绍了异型装配式箱梁桥等国内外研究现状进行了总结,对斜弯异型连续梁桥的受力性能特点进行了概述,简单描述了现今科研和工程中常用的有限元分析方法,并根据桥梁特点介绍了三种具有一定特点的计算横向分布系数的方法;2.结合桥梁结构特点,讨论箱梁模型的网格划分,运用大型通用有限元分析软件Midas Civil建立了异型装配式箱梁桥上部结构的单梁模型、梁格模型以及板单元实体模型,通过数值模拟来验证三种有限元模型的精度;3.依托工程背景,进行成桥后桥梁现场荷载试验研究,采集现场试验数据,对其在自重恒载、活载偏载及活载中载的静力性能研究,验证三种有限元模型的正确性及准确性,并对桥梁的静力性能选取各具代表性的组合工况,采用梁格模型和板单元实体模型对弯矩、挠度、应力进行对比分析研究,得知支反力相对误差普遍低于6%,最大相对误差为10%,各支座反力数值总和基本相等,挠度计算分布规律基本一致,最大相对误差在5%以内,各主梁各跨中截面顶、底板应力分布规律基本相同,最大相对误差控制在10%以内,恒载作用下桥梁外侧受力效应大于内测,活载作用下内边梁产生的效应最为显著,温度荷载产生的效应主要在边梁处体现;使用特征值向量法中的(Lanczos法)对桥梁模态进行分析研究,探讨桥梁的动力特性;4.采用等效刚度简支梁(板)法,将单梁法与三种传统横向分布系数计算方法结合计算该桥的荷载横向分布,对比得出刚接梁法的计算结果与此类桥梁的荷载横向分布最接近,但存在L/4和3L/4截面相对误差较大的结果,因此,对于斜弯异型箱梁桥进行桥梁横向内力简化计算时,采用刚接梁法并结合修正系数进行计算更为准确:边跨和中跨支点截面处修正系数均可取0.94,跨中截面处修正系数均可取1.03,L/4和3L/4截面修正系数则根据各主梁号在1.06至1.23区间范围内进行选取;对于偏载及中载工况而言,偏载工况的修正系数与1#边梁相同,中载工况的修正系数在3#梁的基础上缩小0.9倍。
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