[博士]鋼箱梁橋面鋪裝力學(xué)行為與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究

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　　[博士]鋼箱梁橋面鋪裝力學(xué)行為與結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵路工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長(zhǎng)安大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　隨著大跨徑橋梁的不斷建設(shè)，基于正交異性板的鋼箱梁的應(yīng)用越來越普遍，鋼箱梁橋面鋪裝修筑已成為大跨度橋梁建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。國(guó)內(nèi)外針對(duì)鋼橋面鋪裝開展了不少研究，取得了一定的成果。但是由于我國(guó)車輛的重載超載嚴(yán)重，即使使用性能優(yōu)異、價(jià)格昂貴的橋面鋪裝材料，常常還不能達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命，這說明僅僅依靠鋪裝材料的改進(jìn)難以取得大的突破；另一方面，鋼箱梁設(shè)計(jì)一般從箱梁結(jié)構(gòu)安全考慮居多，未綜合考慮鋪裝層受力要求進(jìn)行鋼箱梁和鋪裝層的一體化設(shè)計(jì)或結(jié)構(gòu)優(yōu)化工作。工程實(shí)踐表明要提高鋼箱梁橋面鋪裝的使用壽命需要有新的設(shè)計(jì)思路。　　本文針對(duì)我國(guó)鋼箱梁橋面鋪裝設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，試圖從鋼箱梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)出發(fā)改善橋面鋪裝的受力狀況，提出新的鋪裝設(shè)計(jì)思路。首先，通過較全面系統(tǒng)考察傳統(tǒng)鋼箱梁結(jié)構(gòu)形式下各種要素對(duì)鋪裝力學(xué)行為的影響和經(jīng)濟(jì)性分析，提出了基于鋼箱梁結(jié)構(gòu)改進(jìn)以減小鋪裝受力的新方法，并據(jù)此進(jìn)行了新的鋪裝結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)研究和實(shí)橋試驗(yàn)研究。具體工作如下：　　 (1)建立了基于傳統(tǒng)鋼箱梁正交異性鋼橋面板鋪裝結(jié)構(gòu)的“殼．實(shí)體”三維有限元模型，通過分析找出最有可能引起鋪裝層發(fā)生破壞的最不利荷載位置。研究了鋪裝層和鋼箱梁的參數(shù)、荷載形式、溫度等要素對(duì)鋪裝層受力指標(biāo)的影響，并針對(duì)控制鋪裝層破壞的主要指標(biāo)——最大橫向拉應(yīng)變，提出了一個(gè)簡(jiǎn)便的經(jīng)驗(yàn)公式以指導(dǎo)鋪裝設(shè)計(jì)。進(jìn)而對(duì)基于傳統(tǒng)鋼箱梁結(jié)構(gòu)參數(shù)的改進(jìn)來改善鋪裝受力的方法進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益分析，結(jié)果表明這些方法的代價(jià)是昂貴的?！　? (2)從鋼箱梁與鋪裝結(jié)構(gòu)一體化的角度，提出了通過合理設(shè)計(jì)鋼箱梁結(jié)構(gòu)以提高鋼箱梁鋪裝體系的局部剛度，從而達(dá)到改善鋪裝的受力狀況的新方法。對(duì)于新建橋梁或者整體結(jié)構(gòu)較弱需要加強(qiáng)的已建橋梁，分別推薦了可實(shí)施的、經(jīng)濟(jì)的小肋加勁方案。以廣州珠江黃埔大橋?yàn)槔?，進(jìn)行了鋼箱梁頂板加橫向小肋的改進(jìn)結(jié)構(gòu)的理論分析和實(shí)橋試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的可行性，并提出了一個(gè)簡(jiǎn)易的經(jīng)驗(yàn)公式指導(dǎo)鋪裝設(shè)計(jì)?！　? (3)建立了橋梁整體結(jié)構(gòu)三維魚骨梁形式的有限元模型，研究了其整體力學(xué)行為，并進(jìn)而研究了考慮全橋內(nèi)力影響的鋪裝層力學(xué)行為。建立了以全橋內(nèi)力為邊界條件的箱梁鋪裝層一體化局部分析模型，分析鋼箱梁橋面鋪裝在各種荷載組合下的力學(xué)響應(yīng)。將考慮全橋內(nèi)力影響的鋪裝箱梁一體化局部模型分析模型結(jié)果與正交異性板模型結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，表明正交異性板模型總體可以近似地反映鋪裝層和鋼箱梁的受力狀況，但縱橫剪應(yīng)力和縱向拉應(yīng)力誤差較大。進(jìn)行了斜拉橋和懸索橋的鋪裝箱梁一體化局部模型分析，結(jié)果表明二者的鋪裝層應(yīng)力有顯著的不同，兩者不宜簡(jiǎn)單地都采用相同的正交異性板模型分析?！　? (4)首次將MMLS3加速加載設(shè)備應(yīng)用于鋼橋面鋪裝層的足尺試驗(yàn)研究，提出了基于該加速加載系統(tǒng)的鋪裝疲勞實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。通過鋪裝材料加速加載縮比試驗(yàn)，較好地模擬鋪裝層的實(shí)際受力環(huán)境，有效地進(jìn)行了鋪裝材料的篩選。

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