公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力影响面与包络面和简化计算研究

论文摘要

(1)针对正交异性板钢桥面受力性能以及使用中出现的问题和困难,结合《公路悬索桥设计细则》的制订工作,对国内外钢箱梁正交异性板桥面构造细节演变、国内外规范采用的钢箱梁正交异性板桥面汽车荷载、国内外规范对钢箱梁正交异性桥面的构造规定、国内外钢箱梁正交异性桥面典型结构设计等相关问题进行调研。(2)针对公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面应力准确计算困难的问题,提出基于空间结构计算的由顶板横向应力、顶板纵向应力和顶板纵肋纵向应力构成的“正交异性板桥面局部应力”概念。该局部应力包含了传统计算中正交异性板桥面计算体系(第二体系)应力和顶板计算体系(第三体系)应力的内涵,便于将桥梁总体计算(第一体系)的桥面应力和该局部应力叠加,直接得到准确的桥面总应力。(3)根据业已修建和设计的公路悬索桥正交异性板钢箱梁基本尺寸的调查,选取典型结构,建立板壳单元空间结构梁段模型。使用我国公路Ⅰ级标准车辆后轮的140kN车轴荷载,在三种典型荷载模式下,计算1806种荷载工况。针对顶板三种典型结构部位的横向应力与纵向应力和顶板纵肋纵向应力等桥面局部应力进行影响线分析研究,总结出荷载纵向位置对桥面局部应力的影响规律。(4)取较为不利的荷载模式,增加30kN车轴荷载作用的602个荷载工况。利用局部应力的影响线,用叠加法绘制公路Ⅰ级标准车辆荷载作用下顶板三种典型结构部位的横向应力与纵向应力和顶板纵肋纵向应力等桥面局部应力历程曲线。取各结构部位局部应力的最大值和最小值,对重车道外轮位置和超车道内轮位置进行局部应力包络线分析研究,总结出受力最不利结构部位和对应的荷载纵向位置。(5)针对公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面典型结构,选取重车道和超车道的吊索区和跨中区等4桥面区域,确定荷载的纵向和横向施加范围,计算23668种荷载工况作用,分别对顶板横向应力与纵向应力和顶板纵肋纵向应力的影响面进行系统分析研究,总结出荷载在不同平面位置作用对局部应力的影响规律。(6)提取并处理4桥面区域内所有荷载工况的3.7亿局部应力数据,进一步对桥面顶板横向最大拉应力与最大压应力、顶板纵向最大拉应力与最大压应力和顶板纵肋纵向最大拉应力与最大压应力等6种局部应力的包络面进行深入分析研究,总结出桥面局部应力的分布规律和桥面局部应力极值的发生部位。(7)对公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力进行参数敏感性分析研究。选择结构参数、荷载参数、计算模型参数等三大类,共计11种设计参数。在分析研究这些参数对桥面局部应力影响程度的基础上,凝炼出顶板厚度、顶板纵肋厚度、主梁高度、横隔板间距、吊索节间数和铺装层厚度等6个重要影响参数；详细计算分析3600种参数组合、7200个模型、158400种荷载工况的多参数变化对桥面局部应力的影响。精确计算各参数组合结构的最不利局部应力、对应的结构部位和荷载位置。(8)在回归分析大量结构计算数据的基础上,对公路悬索桥典型钢箱梁正交异性板桥面的顶板横向最大拉应力与最大压应力、顶板纵向最大拉应力与最大压应力、顶板纵肋纵向最大拉应力与最大压应力等6种局部应力,提出简化计算方法,给出统一且相对简单的计算公式,确定局部应力基准值和相应系数,把各项系数制成表格和曲线,并对简化公式的计算值进行误差分析。以厦门海沧大桥东航道悬索桥、润扬长江大桥南汊悬索桥和泰州长江大桥的钢箱梁正交异性板桥面结构为例,验证该简化计算方法的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外钢箱梁正交异性板桥面构造细节演变
• 1.1.1 纵肋和顶板连接焊缝
• 1.1.2 纵肋工地连接
• 1.1.3 纵肋与横肋连接和横肋开孔
• 1.2 国内外钢箱梁正交异性板桥面静力强度计算规范荷载
• 1.3 国内外规范对钢箱梁正交异性桥面构造规定
• 1.3.1 欧洲规范
• 1.3.2 美国、加拿大规范
• 1.3.3 日本规范
• 1.3.4 我国规范
• 1.4 国内外钢箱梁正交异性板桥面典型结构设计
• 1.5 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面典型结构选择
• 1.6 正交异性板桥面计算理论
• 1.6.1 正交异性板桥面计算理论发展
• 1.6.2 正交异性板桥面局部应力概念
• 1.7 本文研究内容
• 第二章 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力影响线
• 2.1 研究方法
• 2.2 顶板横向应力影响线
• 2.2.1 肋板节点
• 2.2.2 肋间节点
• 2.2.3 肋中节点
• 2.3 顶板纵向应力影响线
• 2.3.1 肋间节点
• 2.3.2 肋中节点
• 2.4 纵肋纵向应力影响线
• 2.5 小结
• 第三章 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力历程和包络线
• 3.1 研究方法
• 3.2 顶板横向应力历程和包络线
• 3.2.1 肋板节点横向应力历程和包络线
• 3.2.2 肋间节点横向应力历程和包络线
• 3.2.3 肋中节点横向应力历程和包络线
• 3.3 顶板纵向应力历程和包络线
• 3.3.1 肋间节点纵向应力历程和包络线
• 3.3.2 肋中节点纵向应力历程和包络线
• 3.4 纵肋纵向应力历程和包络线
• 3.4.1 纵肋底缘节点纵向应力历程
• 3.4.2 纵肋节点底面纵向应力包络线
• 3.5 小结
• 第四章 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力影响面
• 4.1 研究方法
• 4.2 顶板横向应力影响面
• 4.2.1 肋板节点
• 4.2.2 肋间节点
• 4.2.3 肋中节点
• 4.3 顶板纵向应力影响面
• 4.3.1 肋间节点
• 4.3.2 肋中节点
• 4.4 纵肋纵向应力影响面
• 4.5 小结
• 第五章 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力包络面
• 5.1 研究方法
• 5.2 顶板横向应力包络面
• 5.3 顶板纵向应力包络面
• 5.4 纵肋纵向应力包络面
• 5.5 小结
• 第六章 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力参数敏感性分析
• 6.1 局部应力参数敏感性分析
• 6.1.1 结构参数敏感性分析
• 6.1.2 荷载参数敏感性分析
• 6.1.3 计算模型参数敏感性分析
• 6.2 研究参数选取
• 6.3 局部应力和最不利荷载位置
• 6.3.1 顶板最大横向应力
• 6.3.2 顶板最小横向应力
• 6.3.3 顶板最大纵向应力
• 6.3.4 顶板最小纵向应力
• 6.3.5 纵肋最大纵向应力
• 6.3.6 纵肋最小纵向应力
• 6.4 小结
• 第七章 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力简化计算
• 7.1 桥面局部应力简化计算公式
• 7.1.1 桥面局部应力简化计算公式
• 7.1.2 典型结构各计算应力基准值
• 7.2 计算系数表格和查询曲线
• 7.2.1 顶板厚度系数
• 7.2.2 主梁中心高度系数
• 7.2.3 横隔板间距系数
• 7.2.4 吊索节间数系数
• 7.2.5 顶板纵肋厚度系数
• 7.2.6 铺装层厚度系数
• 7.3 误差分析
• 7.3.1 顶板横向应力误差分析
• 7.3.2 顶板纵向应力误差分析
• 7.3.3 纵肋纵向应力误差分析
• 7.4 实例验证
• 7.4.1 厦门海沧大桥东航道悬索桥
• 7.4.2 润扬长江大桥南汊悬索桥
• 7.4.3 泰州长江大桥
• 7.5 小结
• 结论与展望
• 附录A 公路悬索桥钢箱梁截面
• 附录B 公路悬索桥钢箱梁正交异性桥面板局部应力
• 附录C 公路悬索桥钢箱梁正交异性板桥面局部应力误差分析
• 附录D 《公路悬索桥设计细则》附录
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果