箱梁桥横向分布计算方法的研究分析(硕士论文).pdf

摘要预制装配式连续小箱梁桥由于其预制梁数少,施工方法简单可行,结构安全可靠,造价低,施工工厂化、标准化和装配化。因此,被广泛的应用于城市高架桥和公路桥梁上。受研究水平限制,目前这类桥梁的设计计算采用等代简支梁法的各种横向分布方法,或者是较繁琐的有限单元分析法,即存在着两种倾向,前者简化太大计算精度差或无法度量,后者计算工作量大但精度较高。因此,研究探讨这类桥梁的受力行为和设计计算具有重要的理论意义和工程实用价值。本文主要研究预制装配式连续小箱梁桥荷载横向分布问题。本文首先归纳了预制装配式连续小箱梁桥的结构特点,并介绍了国外“荷载横向分布椒ǖ难芯肯肿础H缓根据等效简支梁换算刚度法基本原理,用传统的修正刚性横梁法、刚接梁法和铰接梁法计算预制装配式连续小箱梁桥的跨中和连续端荷载横向分布系数,并利用空间有限元法进行对照研究分析。最后,对两种算法进行比较,通过对比分析得出传统算法相对于空间有限元法的误差,并对产生误差原因进行分析,论证了预制装配式连续小箱梁桥用传统方法计算其荷载横向分布的适用性及精确性问题。本文的研究成果为工程设计人员计算及选取最合理的预制装配式连续小箱梁桥的荷载横向分布计算方法提供了理论依据及相关数据。关键词:预制装配式连续小箱梁桥荷载横向分布有限元法
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第一章绪论问题的提出梁桥上部结构通常是由承重结构髁及传力结构崃海琶姘宓两大主要部分组成的。预制装配式梁桥的多片主梁依靠横隔梁和桥面板联成为空间整体结构。由于结构具有空间受力特性,当桥上作用荷载时,各片主梁将共同参与工作,形成了各主梁之间的内力分布。每片主梁分布到的内力大小,随桥梁横截面的构造形式、荷载的类型以及荷载在横向的作用位置不同而不同。所以,梁桥的这种受力特性实际上属于空间结构的力学分析范畴。从二十世纪三十年代开始,国内外学者就对梁桥的这种空间结构受力特性作了大量的实验研究,已经建立了各种经典计算理论和方法。目前主要是应用了“荷载横向分布’’这一概念,把空间计算问题合理的简化成平面问题来解决,这实际上是空间问题的实用近似处理,即“荷载横向分布’’计算方法。由于它在理论推导时作了某些物理上和数学上的假设,所以它的计算结果与实际值之间必然存在误差。横向分布得准确与否,关系到结构是否安全可靠,是否经济可行。为了将这种误差控制在一定的范围内,即保证计算的精度,各种“荷载横向分布扑惴椒ǘ加懈髯缘氖视梅段АK裕对这种荷载横向分布方法的适用性及精确性进行讨论是很必要的。为了讨论各种“荷载横向分布’’方法的适用性及其精确性,通常需要做大量的桥梁实测试验,并将实测试验的结果与用“荷载横向分布”理论的计算结果相比较来进行讨论。然而桥梁实测试验一般需要投入大量的人力物力和时间,工作量巨大,实际操作时也会遇到很多困难。当今,随着微型计算机和数值计算技术的迅猛发展,计算机技术得到日新月异的进步,用大型有限元软件对桥梁结构进行仿真分析已成为可能。通过空间有限元仿真分析来讨论各种“荷载横向分布扑惴椒ǖ氖视眯约捌渚沸砸膊皇R恢掷硐氲姆椒ā预制装配式小箱梁具有建筑高度低,主梁间距大,混凝土用量小,结构经济,施工快速方便及适用性广等优点,可做成简支梁桥、斜梁桥、弯梁桥、简支变连续梁桥等型式,因而城市与公路桥梁中得到广泛的使用。从结构受力角度分析,小箱梁桥除了有较大的抗弯惯性矩外,比传统梁式桥有大得多的抗扭惯性矩,在偏心活载作用下,各梁肋的受力更加均匀,即使不设中横隔梁也具有很好的整体性和荷载横向分布特性。然而,在计算预制装配式连续小箱梁桥的荷载横向分布系数时,传统方法对其主梁的截面特性及主梁间的连接刚度等做了较大的近似简长安大学硕士学位论文
国内外“荷载横向分布’’方法的研究现状化,如忽略了箱梁在荷载作用下产生的扭矩、箱梁翼板的抗扭惯矩以及每个箱梁底双支座的影响等,使计算结果和实际情况产生一定偏差。目前桥梁文献资料中较少对此问题桥梁结构静力分析可以分为三个部分,首先是桥梁荷载横向分布系数的计算,其次是按平面杆系结构力学进行主梁、横梁、及桥面板内力计算,最后是按建筑结构原理作杆件的结构设计。就桥梁荷载横向分布理论在整个桥梁设计中地位而言,相当于结构设计原理与广义的结构力学之间的结合部,在桥梁设计中占有重要的地位。美国桥规对早年基于手算的第三章荷载分布系数,基本未动。英国桥规虽未给出荷载分布系数公式,但在第二篇荷载规范中却明确给出了荷载分布的定义:“荷载在直接受载构件和非直接受载构件之间的分配,在前者和后者之间所设置的连接构件,当依靠其自身刚度决定这一作用杉敢辔J视檬炙阒椒āH毡尽肮刑阑炷两峁设计标准解说’’在附录中还给出求荷载分布系数的法及德国ǖ挠帽怼多年来,国内外学者在大量实验研究的基础上对荷载横向分布的计算提出了各种方法,目前常用的有: