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厦门马新大桥单索面荷载效应(剪力滞)分析

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摘要

1 绪论

1.1 单索面钢箱梁斜拉桥的发展与结构特点

1.1.1 单索面钢箱梁斜拉桥发展简述

1.1.2 单索面钢箱梁斜拉桥构造受力特点

1.2 单索面钢箱梁斜拉桥剪力滞效应

1.2.1 剪力滞效应概述

1.2.2 剪力滞效应的研究方法现状

1.2.3 本文剪力滞研究中的特点

1.3 本文剪力滞研究方法和内容

2 薄壁钢箱梁剪力滞效应分析

2.1 比拟杆法分析薄壁钢箱梁剪力滞效应

2.1.1 比拟杆法基本原理

2.1.2 比拟杆法公式推导

2.1.3 多杆比拟法平衡微分方程

2.2 正交异性板法分析薄壁钢箱梁剪力滞效应

2.2.1 构造上正交异性板简化方法

2.2.2 正交各向异性板的等效原理

2.2.3 马新大桥钢箱正交异性板等效计算

2.3 能量变分法分析薄壁钢箱梁剪力滞效应

2.3.1 基本假设

2.2.2 基本微分方程推演

2.3.3 单箱奇数室简支梁的剪力滞效应公式推导

2.4 薄壁钢箱梁剪力滞效应计算方法对比分析

2.4.1 剪力滞效应计算结果对比

2.4.2 剪力滞效应计算方法总结

3 马新大桥工程背景及其箱形主梁剪力滞分析模型

3.1 马新大桥设计要点

3.2 马新大桥主桥有限元模型

3.2.1 Midas/Civil有限元模型

3.2.2 Ansys有限元模型

3.2.3 模型计算参数

3.2.4 边界及荷载

4 主跨钢箱梁的剪力滞特性分析

4.1 恒载作用下钢箱梁剪力滞特性分析

4.1.1 包含轴向应力的剪力滞分析

4.1.2 不包含轴向应力的剪力滞分析

4.1.3 恒载下主跨纵向应力分布规律

4.2 活载作用下钢箱梁剪力滞特性分析

4.2.1 活载下剪力滞效应分析

4.2.2 活载下钢箱梁有效宽度分析

5 马新大桥单索面钢箱梁剪力滞试验研究

5.1 实桥试验概述

5.2 马新大桥主桥应力测试与分析

5.2.1 有限元计算结果

5.2.2 实桥测试数据

5.3 测试工况试验值与有限元理论值对比

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

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摘要

厦门市马新大桥单索面斜拉桥的主跨钢箱梁为封闭式单箱多室薄壁箱梁,箱梁顶板宽大,23对拉索集中布置于主梁中央隔离带内。为便于锚固传力,钢箱梁截面中腹板间距很小,导致其限制项、底板剪切变形的效应比较严重。同时,主桥采用塔、梁、墩固结体系,主跨钢箱梁亦受到拉索的弹性支承作用,主跨截面应力分布不均匀现象比较突出,剪力滞效应明显。
  文中针对马新大桥主跨钢箱梁截面简支梁算例,分别利用多杆比拟法、能量变分法、正交异性板法和空间有限元法分析并计算其跨中截面的应力分布,对比评估各剪力滞计算方法的适用性和准确性。同时,利用Midas/Civil和Ansys有限元软件分别建立马新大桥斜拉桥的全桥杆系模型和空间模型,计算和分析主跨钢箱梁特征截面顶、底板在恒载和活载作用下的应力分布规律并对剪力滞影响因素进行分析说明。恒载和活载作用下分别以剪力滞系数和截面有效分布宽度评估截面上的剪力滞效应程度。恒载作用下截面受到较强约束时,顶底板上剪力滞系数比较大,截面上剪力滞效应较强,而远离这些约束的截面,顶底板变形能力更大,剪力滞效应迅速减小。活载作用下,靠近塔梁墩固结区域的截面整体上项、底板有效分布宽度相对较大,单索面斜拉索对截面的轴压效应及靠近钢-混结合段刚度强化影响使得截面应力的不均匀程度得到抑制,剪力滞效应相对较弱。
  通过马新大桥单索面斜拉桥的实桥试验研究,选取主跨弯矩最大截面作为应变测试截面,对比其在试验荷载工况下的底板应力分布规律与有限元计算应力分布规律的一致性,验证了本文对于主跨钢箱梁特征截面剪力滞分布规律的计算方法和分析结论的正确合理性。

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