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中承式钢管混凝土拱桥悬吊式桥道系破坏机理及对策研究

作　者: 张平
导　师: 吴红林
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢管混凝土拱桥悬吊式桥道系车桥耦合减震装置
分类号: U448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

在我国钢管混凝土拱桥发展十分迅速，但是由于其结构设计和计算理论并不成熟，因此在桥梁运营过程中出现了许多病害问题。特别是对于一些中承式钢管混凝土拱桥，尽管在恒载作用下可以正常工作，但是由于其悬吊式桥道系的整体性不好，动力性能很差，由车辆过桥引起的振动问题非常明显，桥道系的破坏病害尤为突出。因此本文对该类型桥道系的破坏机理进行了分析研究，并对其加固方案进行了分析和评价。本文首先对悬吊式桥道系体系的构造和受力特点进行了深入的讨论，研究该类型桥道系的横梁间纵向联系薄弱、桥道系的整体性差的原因；分析了桥道系各构件相互受力，得到影响该类型桥道系性能的各个影响因素；通过理论和有限元模型分析评价了现有悬吊式桥道系的各简化计算方法的误差和适用性。对车桥耦合振动计算进行了分析，基于改进的分离迭代法，利用ANSYS命令流和MATLAB软件编制了车桥耦合振动计算程序，实现了车桥耦合振动计算；利用编制的程序分析了桥面不平整度，车辆行驶速度和桥梁结构阻尼对背景桥梁沈阳浑河长青大桥车桥耦合振动性能的影响。应用建立的局部实体模型和整体桥道系梁格模型，深入分析了横梁宽度、横梁高度、桥面板厚度和吊杆横截面积四个主要因素对悬吊式桥道系的静动力性能的影响。结合之前各分析的结果，综合阐述了悬吊式桥道系的破坏机理。根据悬吊式桥道系的破坏机理，为该类型桥道系的设计提出了一些建议；针对旧桥桥道系的破坏病害，提出了加固改造方案并分析评价了各加固方法的适用性和合理性；详细分析计算了加设纵梁方法，说明该方法可以较好地减小桥道系的荷载冲击效应，是一种有效的加固改造方法；最后提出将一种新型剪刀式减震装置应用与桥道系的加固中，通过理论和数值分析证明了该类装置可以改善所加构件性能和减小桥道系的振动，并计算验证了加设该减震装置方法的有效性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-15
  1.1 钢管混凝土拱桥的概况和发展  9
  1.2 中承式钢管混凝土拱桥造型特点  9-10
  1.3 中承式钢管混凝土拱桥桥道系的特点  10
  1.4 悬吊式钢管混凝土拱桥桥道系病害及加固方法研究  10-13
  1.5 本文研究背景工程  13
  1.6 本文主要研究内容  13-15
第2章悬吊式桥道系体系分析计算  15-32
  2.1 悬吊式桥道系体系分析  15-17
  2.2 悬吊式桥道系各构件受力分析  17-22
  2.3 悬吊式桥道系各简化计算方法分析  22-31
    2.3.1 各简化计算方法的理论分析  22-24
    2.3.2 各简化计算方法的有限元分析  24-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章车桥耦合振动计算分析  32-53
  3.1 车桥耦合振动计算和程序编制  32-42
    3.1.1 车桥耦合计算方法  32-34
    3.1.2 车辆模型和车辆模型动力平衡方程的建立  34-36
    3.1.3 桥面不平整度模型  36-39
    3.1.4 车辆与桥梁耦合条件  39-40
    3.1.5 车辆系统动力平衡方程的求解  40
    3.1.6 车桥耦合振动计算程序的验证  40-42
  3.2 悬吊式桥道系钢管混凝土拱桥冲击效应分析  42-51
    3.2.1 背景桥梁沈阳浑河长青大桥概况  42-43
    3.2.2 长青桥空间有限元模型建立与计算  43-46
    3.2.3 车桥耦合振动的各参数对悬吊式桥道系动力性能的影响  46-51
  3.3 本章小结  51-53
第4章悬吊式桥道系静动力性能分析  53-81
  4.1 引言  53-54
  4.2 各影响因素对静力性能的影响  54-61
    4.2.1 有限元模型简介  54-55
    4.2.2 横梁宽度影响  55-56
    4.2.3 横梁高度影响  56-57
    4.2.4 桥面板厚度影响  57-58
    4.2.5 吊杆横截面积影响  58-59
    4.2.6 各因素对静力性能影响的综合分析  59-61
  4.3 各影响因素对动力性能的影响  61-77
    4.3.1 整体桥道系有限元模型简介  61-64
    4.3.2 横梁宽度影响  64-67
    4.3.3 横梁高度影响  67-70
    4.3.4 桥面板厚度影响  70-73
    4.3.5 吊杆横截面积影响  73-76
    4.3.6 各因素对动力性能影响的综合分析  76-77
  4.4 悬吊式桥道系破坏机理的综合分析  77-79
  4.5 本章小结  79-81
第5章悬吊式桥道系加固方案研究  81-100
  5.1 对新建悬吊式桥道系设计的一些建议  81-82
  5.2 悬吊式桥道系加固改造方案研究  82-83
  5.3 加设纵梁的加固方案分析  83-90
    5.3.1 局部有限元模型静力性能影响分析  84-87
    5.3.2 整体桥道系有限元模型车桥耦合分析  87-90
    5.3.3 加设纵梁加固方法的综合分析  90
  5.4 加设减震装置的加固方案分析  90-99
    5.4.1 剪刀式装置构造介绍及性能分析  91-92
    5.4.2 剪刀式装置对位移放大的验证  92-93
    5.4.3 剪刀式装置减小所加梁弯矩的验证  93-94
    5.4.4 有限元模型验证  94-96
    5.4.5 剪刀式装置对桥梁静力性能的影响  96-97
    5.4.6 剪刀式装置对桥梁动力性能的影响  97-98
    5.4.7 加设剪刀式装置方法的综合分析影响  98-99
  5.5 本章小结  99-100
结论  100-102
参考文献  102-107
致谢  107

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