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大跨度预应力混凝土V形刚构拱组合桥受力行为研究

勾红叶  
【摘要】: 早期桥梁多是简单的梁、柱、拱、索之类桥式体系,受力明确、造型清晰。但随着科学技术的发展,生产力水平空前提高,桥梁的发展无论从跨越能力提高的速度、结构形式的组合化趋势,还是各种新型材料的应用和合理配置等多方面都有了充分的展现。V形刚构拱组合体系桥充分利用了梁、拱各自桥式的受力优势,优化了结构的受力,节省了工程量,创新了桥梁的外观,是大型公路、铁路桥梁中值得应用与研究的桥式结构。目前有关V形刚构拱组合桥梁的文献尚不多见,也没有相关文献对其受力行为作过系统深入的分析研究。鉴于以上情况,以小榄水道特大桥为研究背景,系统地开展了大跨度V形刚构拱组合桥受力行为的专项研究。内容主要包括五个部分: 1、在收集国内外相关资料和深入分析国内外研究成果的基础上,对大跨度V形刚构拱组合桥的发展与受力特点进行了初步分析,并讨论了其在受力行为研究中存在的问题。以新建铁路广珠城际轨道交通工程小榄水道特大桥为工程背景,提出了进行大跨度V形刚构拱组合桥受力行为研究的课题。 2、提出了大跨度V形刚构拱组合桥名义刚度的概念,分析了结构参数对名义刚度的影响,推导出名义刚度理论公式。针对拱梁刚度比的选取及其对结构内力分配的影响进行讨论,分析其对结构内力的影响规律,并得出刚拱柔梁与柔拱刚梁的界定值,为设计人员选取构造参数提供指导。 3、基于结构试验模型相似理论,进行静力相似原则的分析和推导,确定模型的相似比,采用模型的基本设计原则,设计并完成了V形墩梁节点模型试验。在选定混凝土、钢筋和钢绞线本构关系的基础上,建立了V形墩梁节点三维非线性有限元模型,将数值计算结果与试验结果进行了对比。分析了多种荷载工况下V形墩梁节点局部应力分布规律,通过绘制负弯矩区钢筋荷载应变曲线以及模型梁的荷载挠度曲线,对V形墩梁节点的非线性受力行为进行了研究,得出了挠度与裂缝行为以及刚度变化规律。 4、探讨了大跨度V形刚构拱组合桥的施工方案,在施工过程仿真计算时利用单元生死技术,编制了APDL命令流程序,并考虑了混凝土的徐变特性,建立施工过程仿真计算模型,对先梁后拱分段施工全过程进行了计算研究。同时对结构体系受力及刚度进行了分析研究,分析了收缩徐变对结构内力分配的影响,针对吊杆、拱、梁受力比值进行了讨论。最后系统深入地研究了三片腹板剪应力分布规律,各施工阶段箱梁纵向弯曲正应力,成桥后箱梁纵向弯曲正应力和横向弯曲正应力的分布规律。 5、建立了大跨度V形刚构拱组合桥施工控制理论,确定施工误差调整理论和方法,包括对设计参数进行识别和修正,自适应系统控制以及分析系统的运行。通过对小榄水道特大桥施工控制研究,对施工方案的可行性作出评价,确定各施工理想状态的线形和位移,对随后施工状态的线形及位移作出预测。介绍了应力控制截面及测试原理,对关键截面应力控制结果进行了分析研究,使施工沿着设计的轨道进行,保证施工中的安全和结构恒载内力及结构线形符合设计要求,保证施工质量和安全。


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