长春市前进大街立交桥异形箱梁桥计算与检测方法研究

论文摘要

随着交通运输事业的发展和桥梁建设水平的不断提高,常规桥梁已不能满足大型立交枢纽工程中对于交通分流功能的要求。相比之下,异形桥梁因其结构形式灵活、能较好的适应交通流变化等优势,已经成为城市高架桥和大型立交枢纽的重要组成部分。从结构形式上看,异形桥梁和常规桥梁存在着明显的区别。常规桥梁结构规则,约束条件简单,多数可以简化为平面结构计算；而异形桥梁常采用非对称结构,主梁间距不等,约束条件复杂,平面计算模型不能体现其结构特点。从受力特点上看,荷载在常规桥梁上分布规律简单,各主梁在最不利荷载作用下,通常仅需考虑弯曲变形引起的内力效应；而异形桥梁在荷载作用下除发生弯曲变形外,常伴有扭转变形,所以其应力状态与常规桥梁相比也更为复杂。目前,国内外对于异形桥梁计算方法的研究还处于试验探索阶段,尚未像常规桥梁一样形成系统的分析理论和计算方法。本文针对这一研究现状,在对桥梁有限元模拟分析方法进行系统介绍的基础上,选取长春市前进大街立交桥异形箱梁桥为研究对象,具体介绍了异性箱梁的空间实体单元模型和剪力梁格法模型的建立过程。并通过对比自重荷载工况和典型车辆荷载工况作用下两种模型的计算结果,验证了剪力梁格法计算异形箱梁桥的精度。由于桥梁荷载试验不仅能够客观、准确、全面的评价桥梁的施工质量和工作状态,而且能为竣工验收以及日后养护提供重要的技术资料,在异形桥梁计算理论尚未完善的今天,仍然是检验异形桥梁承载能力和避免工程事故发生的有效途径。因此,本文对异形桥梁的成桥检测进行了相应的研究,设计了前进大街左辅道异形箱梁桥的静载以及动载试验方案。静载试验利用桥梁施工阶段预先设置在主梁内的振弦式应变计对应变进行测试,使用位移计与百分表对挠度进行测试；动载试验使用脉动法,采集环境激励下的桥梁结构的振动,分析桥梁的动力特性并将静、动载试验数据与有限元模拟计算结果进行对比分析,对前进大街立交桥异形桥梁竣工阶段的承载能力进行了客观的评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 异形桥梁简介
• 1.1.1 异形桥梁的定义
• 1.1.2 异形桥梁的产生和发展
• 1.1.3 异形桥梁的结构特点与受力特点
• 1.2 异形桥梁受力特性计算方法研究现状
• 1.2.1 受力分析研究概况
• 1.2.2 受力分析计算方法
• 1.3 成桥检测方法研究现状
• 1.3.1 无损检测方法
• 1.3.2 静载试验方法
• 1.3.3 动载试验方法
• 1.4 亟待解决的问题和本文主要研究内容
• 1.4.1 亟待解决的问题
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 第2章 桥梁结构有限元模拟分析方法
• 2.1 常用方法概述
• 2.1.1 梁单元法
• 2.1.2 板壳单元法
• 2.1.3 梁格法
• 2.1.4 实体单元法
• 2.2 梁格法计算桥梁结构原理
• 2.2.1 梁格法基本原理
• 2.2.2 箱梁梁格划分
• 2.2.3 梁格刚度模拟
• 2.3 桥梁结构空间实体有限元模拟分析方法
• 2.3.1 空间实体有限元建模方法
• 2.3.2 空间实体单元类型
• 2.3.3 空间实体有限元建模基本步骤
• 2.4 本章小节
• 第3章 前进大街立交桥异形箱梁桥有限元模拟
• 3.1 工程概况
• 3.2 建立异形箱梁桥梁格法模型
• 3.3 建立异形箱梁桥空间实体有限元模型
• 3.3.1 定义单元及材料属性
• 3.3.2 空间实体有限元建模过程
• 3.4 梁格法模型与空间实体有限元模型计算结果对比
• 3.4.1 自重荷载作用下计算结果对比分析
• 3.4.2 车辆荷载作用下计算结果对比分析
• 3.5 本章小节
• 第4章 前进大街立交桥异形箱梁桥荷载试验
• 4.1 试验用应变传感器的布设
• 4.1.1 传感器的选择与安装
• 4.1.2 传感器数据线的引出
• 4.2 静载试验
• 4.2.1 静载试验目的
• 4.2.2 试验内容与仪器设备
• 4.2.3 试验效率
• 4.2.4 试验荷载
• 4.2.5 测点布置及数据测试
• 4.2.6 静载试验数据分析
• 4.2.7 静载试验结论
• 4.3 动载试验
• 4.3.1 动载试验目的
• 4.3.2 动载试验方法
• 4.3.3 动载试验的理论计算
• 4.3.4 动载试验结果
• 4.4 本章小节
• 第5章 结论
• 参考文献
• 作者简介及参与的科研项目
• 致谢