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城市斜拉桥超高性能轻型组合桥面结构受力行为分析

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摘要

第1章 绪论

1.1 斜拉桥发展概述

1.2 正交异性板桥面体系铺装发展现状

1.2.1 传统正交异性板铺装体系

1.2.2 钢桥面常见病害

1.2.3 超高韧性混凝土铺装体系

1.3 本文主要研究内容

第2章 城市斜拉桥不同铺装体系下总体受力分析

2.1 工程背景

2.2 全桥有限元模型的建立

2.3 材料

2.4 荷载和工况

2.5 全桥总体受力对比

2.5.1 结构挠度

2.5.2 标准值组合作用下的全桥内力及应力

2.5.3 极限承载力组合作用下的全桥内力及应力

2.6 本章小结

第3章 不同铺装体系下钢箱梁桥面体系受力分析

3.1 钢桥面三大基本体系

3.2 桥面体系有限元模型的建立

3.3 计算荷载和工况介绍

3.4 结果分析

3.4.1 变形分析

3.4.2 顶板应力

3.4.3 顶板U肋应力

3.4.4 横隔板应力

3.4.5 铺装层应力

3.4.6 最不利工况应力值

3.5 本章小结

第4章 不同铺装体系下钢箱梁桥面疲劳分析

4.1 钢桥疲劳基本理论

4.1.1 疲劳问题

4.1.2 疲劳分类

4.1.3 应力谱及其应力历程计算方法

4.1.4 钢桥抗疲劳设计及分析方法

4.2 疲劳模型的建立

4.3 计算荷载和工况介绍

4.4 结果分析

4.4.1 传统铺装体系

4.4.2 超高韧性混凝土铺装体系

4.4.3 两种铺装体系下的疲劳细节应力对比

4.5 超高韧性混凝土铺装体系疲劳参数敏感性分析

4.5.1 横隔板间距敏感性

4.5.2 钢箱梁顶板板厚敏感性

4.5.3 STC铺装层厚度敏感性

4.6 本章小结

第5章 超高韧性混凝土铺装体系接缝性能分析

5.1 STC铺装层现有接缝形式

5.2 新的接缝方案设计

5.3 模型设计及有限元模型模拟

5.3.1 模型设计

5.3.2 有限元模型模拟

5.4 接缝单向受力性能分析

5.5 接缝双向受力性能分析

5.6 本章小结

结论

致谢

参考文献

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摘要

随着我国城市桥梁的大量建设,斜拉桥在中小跨径桥梁方案中越来越受到重视。本文在回顾斜拉桥发展历史,钢桥面铺装体系的基础上,以珠海市依依桥为背景,分析了城市斜拉桥超高性能轻型组合桥面结构的受力行为。
  首先综述了传统斜拉桥中钢桥面的使用现状及病害,由超高韧性混凝土的材料性能引出了超高性能轻型组合桥面结构,介绍了钢桥面板铺装中的传统铺装体系和超高韧性混凝土铺装体系。随后对比分析了两种铺装体系下城市斜拉桥的总体受力特点,结果表明两种铺装体系下的斜拉桥主梁变形及应力均满足规范要求,并且超高韧性混凝土铺装层主要影响的是钢箱梁上翼缘刚度。
  随后阐述了钢桥面的三大基本体系,通过有限元软件Ansys建立了依依桥桥面体系模型,对比分析了两种铺装体系下斜拉桥主梁的局部受力特点,结果表明单索面宽桥面城市斜拉桥的钢主梁横向效应很显著;超高韧性混凝土铺装层主要改善的是顶板纵向应力、顶板横向拉应力、U肋纵向应力及横隔板横向应力水平。
  接下来介绍了钢桥疲劳基本理论,建立了钢桥疲劳有限元模型,分析了两种铺装体系下的钢箱梁疲劳热点应力,结果表明超高性能轻型组合桥面结构可较为有效的改善钢箱梁疲劳。进一步分析超高性能组合桥面结构中相关疲劳参数的敏感性,可以得出在钢箱梁疲劳设计中,需注意项板与U肋刚度匹配的问题,选择合适厚度的铺装层来改善疲劳热点应力比改变钢箱梁项板厚度更为有效。
  最后,本文以当前超高韧性混凝土铺装层中接缝形式为基础,从接缝构型角度出发,提出了一种新的接缝形式—水珠接缝,并将其与平接缝,矩形接缝作对比,分析了其受力性能,结果表明水珠接缝可以改善接缝区域的应力分布。

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