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新型管翼缘组合梁桥多工况静动力性能研究

陆科林  
【摘要】:近几年来,随着经济的迅速发展和人民日益增长的生活需求,新型的桥梁结构应运而生。新型管翼缘组合梁是把传统钢-混组合梁中工字钢的平钢板上翼缘用钢管混凝土代替的新型组合结构。目前国内学者大多对单根梁的受力特性进行研究,对完整桥梁的受力性能研究较少。甘肃G109线的新型管翼缘组合梁桥是目前国内最大跨度的管翼缘组合梁桥,研究这种桥在多种工况下的受力特性可为今后此类桥梁的设计工作提供参考。本文依托于甘肃G109线的城市新型高架桥项目,通过有限元软件ABAQUS对K9+895~K10+058段的新型管翼缘组合梁桥进行了多种工况下的静动力分析,主要工作内容如下:(1)根据已有的项目资料,建立精细化的全桥模型,其中,钢结构部分采用壳单元进行模拟,混凝土采用实体单元进行模拟,支座采用弹簧单元进行模拟。对网格进行精细化划分,充分考虑不同构件之间的力学受力行为,确定不同构件之间的耦合性。(2)对管翼缘组合梁的吊装过程进行模拟分析,发现管翼缘组合梁在4步吊装顺序下的应力和变形满足规范要求。针对连续斜交管翼缘组合梁桥施加不同的静力工况荷载,分析管翼缘组合梁的截面受力特性。建立相同跨径的正交桥进行对比分析,对比两种桥梁的受力特性差异,斜交桥由于斜交角的原因支座部位的应力较大,正交桥由于计算跨径较大,部分主梁的应力要大于斜交桥。(3)采用“等效抗弯刚度”的方法,建立相同跨径的传统钢-混组合梁桥,对两种结构的截面特性进行对比分析,分析管翼缘组合梁桥与传统钢-混组合梁桥在相同荷载工况下的应力及变形,综合对比发现管翼缘组合梁桥在受力特性和经济效益方面都优于传统的钢-混组合梁桥。(4)选取混凝土强度等级和上翼缘含钢率作为参数进行参数分析,研究在不同荷载工况作用下,两种参数对管翼缘组合梁桥的竖向位移影响,计算结果表明混凝土对结构的竖向位移影响较小,而上翼缘含钢率对竖向位移基本没有影响。(5)基于精细化的有限元模型,计算结构的固有频率和振型。采用时程分析的方法,分析了斜交管翼缘组合梁桥在纵向和横向以及双向地震下结构的动力响应,结果表明:双向地震作用对结构的影响更大。同时分析竖向地震作用对结构的影响,发现竖向地震作用对结构的纵向和横向位移影响较小,对盖梁和主梁的应力影响较大,设计时不能忽略。(6)进行了多遇和罕遇地震作用下管翼缘组合梁桥的响应计算,计算结果表明:在多遇地震作用下,主梁和桥墩保持弹性,主梁和桥墩的位移较小。在罕遇地震作用下,桥墩的加速度和位移的变化趋势与多遇地震相同,幅值发生变化,桥墩和主梁的位移和应力较大,结构抗震设计满足要求。(7)对双薄壁箱型截面的钢桥墩进行抗冲击性能分析,分别分析在不同冲击物直径、冲击速度、冲击位置下桥墩的动力响应情况。经过上述的分析研究,清楚认识到新型管翼缘组合梁桥的静力受力特性、地震作用下的全桥的地震响应以及桥墩在落石冲击下的动力响应情况,得出的结论对新型管翼缘组合梁桥的设计推广提供参考。


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