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五跨连续刚构桥设计参数分析及优化设计研究

刘林石水  
【摘要】: 由于高速交通事业的发展和行车速度的提高,已将行车的舒适性提到了很重要的位置,尽量增大连续刚构桥上部结构的连续长度,有利于高速行车和提高行车舒适性。在这种情况下,多跨连续刚构桥不断出现,其跨径比值有较多变化,从结构受力上考虑合理跨径比值具有实用价值。此外,连续刚构桥是高次超静定结构,温度变化将引起较大的结构内力,需要设计抗推刚度较小的柔性墩以减小温度内力,合理确定主梁与墩的刚度比值是设计的关键。 本文以某一实际工程为背景,建立了五跨连续刚构桥的基准有限元模型,分析了基准桥在自重荷载、年温度变化、日照温差三种荷载工况下的受力情况。然后,通过改变跨径比与墩梁刚度比设计基本参数,进行结构在自重荷载、年温度变化和日照温差三种荷载工况下的受力分析。最后,以参数分析为基础,采用结构优化思想,建立两个简单的目标函数,运用网格搜索法寻求最优跨径比值,并对优化后的桥梁与基准桥受力进行对比分析。通过本文的研究,得出如下主要结论: (1) 对于五跨连续刚构桥,在自重荷载和温度变化作用下,两中墩内力显著小于两边墩内力。 (2) 跨径比值变化,对主梁、桥墩在自重荷载与日温差作用下的受力有较大影响,而对主梁、桥墩在年温度变化荷载下的受力影响较小。 (3) 增大边跨与次中跨跨径比,对全桥受力比较有利,本文建议取边跨与次中跨跨径比为0.7左右。次中跨与中跨不宜相差过大,其比值以大于0.9为宜。 (4) 减小双壁墩厚度对连续刚构桥主梁受力影响比较小,却可大大减小温度变化引起的桥墩内力,特别是边墩内力。应在保证结构满足施工、运营条件下的稳定要求前提下,尽可能减小桥墩的抗推刚度。 (5) 对于五跨连续刚构桥,增大中墩抗推刚度,减小边墩抗推刚度,可减小边墩受力并使桥墩受力均匀。在四个主墩墩高接近时,中墩壁厚与边墩壁厚比值取1.8左右为宜。


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