【博士】高速鐵路三主桁道碴整體橋面板桁組合橋受力特性及計算理論研究【2008】

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　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　整體橋面具有剛度大、整體性好、噪聲小、動力性能好等優(yōu)點，是高速鐵路大跨度橋梁較為合適的橋面形式之一，但整體橋面結(jié)構(gòu)中，下弦桿(系梁)和橋面系受力狀態(tài)較復(fù)雜。四線或四線以上的鐵路橋梁，三主桁(拱)結(jié)構(gòu)是較佳的選擇之一，與二主桁(拱)相比，橋面荷載在三主桁(拱)間的橫向分配較復(fù)雜。本文結(jié)合京滬高速鐵路在建中的南京大勝關(guān)長江大橋，對三主桁道碴整體橋面板桁組合橋受力特性及其計算理論和計算方法作了較深入的研究，主要取得如下創(chuàng)新性成果：　　1．提出了橋面荷載在三主桁(拱)間橫向分配的橫向框架法，研究了橫聯(lián)剛度、主桁剛度和橋面剛度等因素對橋面荷載在三主桁(拱)間橫向分配的影響，基于能量原理，推導(dǎo)出了橋面荷載橫向分配的計算公式，給出了橫聯(lián)合理剛度的建議值。研究結(jié)果表明：當三主桁(拱)剛度較接近時，靠近跨中的節(jié)間，橫向均布的橋面荷載在三片主桁(拱)間的橫向分配接近1：1：1，中桁稍大，靠近支座的節(jié)問約為1：3：1，　　中桁比邊桁大得多，但靠近支座節(jié)間的橋面荷載大部分直接傳到支座上，對主桁的整體變形和受力影響不大。該結(jié)論與模型試驗結(jié)果和空間有限元分析結(jié)果吻合。　　2．研究了整體橋面結(jié)構(gòu)中下弦桿的彎曲效應(yīng)、節(jié)間橫梁與節(jié)點橫梁的傳力比及其影響因素，給出了傳力比的計算公式。該公式的計算結(jié)果與模型試驗結(jié)果和空間有限元分析結(jié)果接近?！　?．針對道碴整體橋面結(jié)構(gòu)特點，提出了一種包含多層板和縱、橫梁(肋)的空間層合板梁單元LPGE，推導(dǎo)了單元剛度矩陣，給出了等效結(jié)點荷載的計算公式。該單元的位移模式采用位移和轉(zhuǎn)角各自獨立插值，是一種協(xié)調(diào)單元，且考慮了剪切變形；對ANSYS進行二次開發(fā)，將LPGE添加到ANSYS單元庫，編制了程序LPGEP?！　?．完成了南京大勝關(guān)長江大橋桁段模型試驗和拱段模型試驗，采用LPGEP對這兩個模型進行空間有限元計算。計算結(jié)果表明：LPGEP計算結(jié)果與試驗值吻合較好。由于LPGE把不同材料的多層板和縱、橫梁(肋)合成一個協(xié)調(diào)單元，建模方便，建立的有限元模型自由度較少，減少了計算時間，且保證了板與板間、板與梁問交界面上變形的協(xié)調(diào)性。　　5．將LPGEP應(yīng)用于京滬高速鐵路在建的南京大勝關(guān)長江大橋的空間分析計算中，對三主桁道碴整體橋面板桁組合橋的受力特性進行系統(tǒng)的研究，得出了一些有價值的結(jié)論，為設(shè)計提供了參考?！　?

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