單承載面下承式連續(xù)梁拱組合體系橋結(jié)構(gòu)性能相關(guān)問題研究.pdf

1、隨著社會的進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)的意義已不再是僅僅滿足人們交通需求的實(shí)用價(jià)值，科學(xué)、藝術(shù)與人文的完美結(jié)合成為現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)不斷追求的新理念。單承載面下承式連續(xù)梁拱組合體系橋是在傳統(tǒng)連續(xù)梁橋與拱橋的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的一種極具特色的新型橋梁結(jié)構(gòu)形式，其具有新穎簡約、美觀大方、視野通透、受力合理、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，擁有很廣闊的發(fā)展前景和空間。
　　本文以當(dāng)前最大跨度的單承載而下承式連續(xù)梁拱組合體系橋—遼寧省莊河干溝大橋以及與其結(jié)構(gòu)形式相似的營口臨港工

2、業(yè)區(qū)濱湖路沙河單肋拱橋?yàn)檠芯勘尘?，圍繞該橋型結(jié)構(gòu)性能相關(guān)的問題，進(jìn)行了如下方面的研究工作:
　　(1)基于能量變分原理，在簡支梁拱組合體系研究基礎(chǔ)上，考慮邊跨影響因素，提出了單承載面下承式連續(xù)梁拱組合體系橋側(cè)傾穩(wěn)定的實(shí)用計(jì)算方法，通過與有限元分析結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了本文所提方法的實(shí)用性和可靠性?；诮Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論，考慮幾何和材料非線性影響，采用非線性有限元法，分析了莊河干溝大橋的極限承載力，指出若要準(zhǔn)確評價(jià)此類結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，非線性彈

3、塑性分析是必要的。還討論了荷載分布形式、初始幾何缺陷、邊跨及拱腳鋼混結(jié)合段對結(jié)構(gòu)非線性穩(wěn)定性能的影響，結(jié)果表明:活載分布方式對結(jié)構(gòu)極限承載力的影響比較明顯;不同的缺陷分布方式和缺陷幅值大小對結(jié)構(gòu)極限承載力的影響不同;邊跨對結(jié)構(gòu)極限承載力的提高作用非常有限;當(dāng)拱腳鋼混結(jié)合段長度合理時(shí)，其可有效提高結(jié)構(gòu)的側(cè)傾穩(wěn)定性。
　　(2)基于吊桿膜化的假定，將下承式連續(xù)梁拱組合體系分解為吊桿和梁拱組合體兩種構(gòu)件，通過力法求解出邊跨端支點(diǎn)支反力，

4、并以恒載及中跨滿布活載兩種臨界狀態(tài)下邊跨端支點(diǎn)不出現(xiàn)負(fù)反力作為出發(fā)點(diǎn)，推導(dǎo)了下承式連續(xù)梁拱組合體系橋臨界邊中跨比的計(jì)算公式，研究了此類橋梁不同情況下的邊中跨比取值范圍，結(jié)果表明:下承式連續(xù)梁拱組合體系邊中跨比的合理取值范圍與拱肋、主梁及吊桿三者的相對剛度有關(guān)，且由于拱對連續(xù)梁的加強(qiáng)和調(diào)節(jié)作用，下承式連續(xù)梁拱組合體系橋比連續(xù)梁橋邊中跨比的取值更小，跨徑布置也更加靈活;通過吊桿張拉和邊跨壓重的措施，可以使下承式連續(xù)梁拱組合體系橋的邊中跨比取

5、值進(jìn)一步減小，從而節(jié)省了造價(jià)且能充分適應(yīng)橋位地形。
　　(3)假定拋物線為結(jié)構(gòu)的合理拱軸線形，從材料強(qiáng)度極限和結(jié)構(gòu)側(cè)傾穩(wěn)定兩方面考慮，推導(dǎo)了單承載面下承式連續(xù)梁拱組合體系橋的理論極限跨徑計(jì)算公式。討論了三種不同常見材料組合情況下結(jié)構(gòu)的極限跨徑，結(jié)果表明:鋼筋混凝土拱肋預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土主梁結(jié)構(gòu)與鋼拱肪預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土主梁結(jié)構(gòu)的理論極限跨徑由其材料強(qiáng)度因素控制，且極限跨徑隨結(jié)構(gòu)矢跨比的增大而增大;鋼拱肋鋼主梁結(jié)構(gòu)當(dāng)矢跨比小于1/7時(shí)，

6、其極限跨徑由材料強(qiáng)度控制，而當(dāng)矢跨比大于1/7時(shí)，其極限跨徑由結(jié)構(gòu)的側(cè)傾穩(wěn)定控制;研究結(jié)果可為此類結(jié)構(gòu)體系的方案階段設(shè)計(jì)提供參考。
　　(4)采用鋼拱肋和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土主梁的混合結(jié)構(gòu)單承載面下承式連續(xù)梁拱組合體系橋，呈現(xiàn)出了良好的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和跨越能力。連接拱肋與主梁的鋼混結(jié)合段是整個(gè)結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵部位，而其中作為主要傳力構(gòu)件的PBL剪力鍵是鋼混結(jié)合段設(shè)計(jì)的核心。首先進(jìn)行了混合結(jié)構(gòu)PBL剪力鍵的推出試驗(yàn)，研究了單個(gè)PBL剪力鍵的受力

7、性能;然后利用非線性有限元法對推出試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證了有限元法研究PBL剪力鍵正常使用極限狀態(tài)性能的可行性和有效性。在此基礎(chǔ)上，確定了PBL剪力鍵群正常使用極限狀態(tài)下的工作性能指標(biāo)，并利用非線性有限元數(shù)值模擬試驗(yàn)研究了三維空間布置PBL剪力鍵群的傳力特征，指出“鍵群效應(yīng)”主要表現(xiàn)為沿PBL剪力鍵群傳力方向上多層剪力鍵受力的不均勻性，同時(shí)提出了PBL剪力鍵群設(shè)計(jì)承載力折減系數(shù)和等效傳遞層數(shù)的概念，獲得了PBL剪