本文關(guān)鍵詞：高速鐵路U型連續(xù)梁橋性能分析及優(yōu)化研究

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【摘要】：隨著高鐵“走出去”進程的加快,高速鐵路橋梁亟需全新的觀念來設(shè)計和施工。U型梁作為一種新型改進的槽形梁,具有節(jié)約鋼材、降低噪音、方便養(yǎng)護、抗震性能強等優(yōu)勢,但國內(nèi)外學(xué)者的研究大多限于U型梁的構(gòu)造特點及正常使用狀態(tài)下的彎剪扭等靜力作用,對其承載力狀況和優(yōu)化性能的研究并不多見,在國內(nèi)尚無U型梁應(yīng)用于高鐵橋梁上的工程實例。因此,針對以上內(nèi)容,本文著力于高速鐵路U型連續(xù)梁橋性能分析及優(yōu)化研究,主要進行了以下幾個方面的工作：(1)系統(tǒng)梳理了U型梁的國內(nèi)外工程案例及發(fā)展現(xiàn)狀,依托某預(yù)應(yīng)力混凝土U型連續(xù)梁橋,對有限元分析理論、穩(wěn)定理論、極限承載力理論、優(yōu)化理論和時程分析理論進行了總結(jié)概述,為更好地推動U型梁在高速鐵路橋梁建設(shè)工程中的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。(2)為研究高速鐵路U型連續(xù)梁橋材料特性對結(jié)構(gòu)特性的影響,選取C40～C100七種不同強度等級的混凝土方案,研究其靜動力特性,根據(jù)位移變化幅度和頻率變化幅度,確定了適合高速鐵路U型連續(xù)梁橋的混凝土強度等級為C50。(3)為研究高速鐵路U型連續(xù)梁橋截面特性對結(jié)構(gòu)特性的影響,分別選取道床板厚度、道床板寬度、腹板厚度、腹板高度、上翼緣板厚度等五種參數(shù)的各六種方案,建立彈性穩(wěn)定性能分析模型和幾何非線性極限狀態(tài)分析模型,分析了各參數(shù)對結(jié)構(gòu)體系整體穩(wěn)定安全的變化規(guī)律,并分析和探討了各參數(shù)對高速鐵路U型連續(xù)梁橋極限承載能力的影響情況。(4)為研究一定跨度條件下的高速鐵路U型連續(xù)梁橋合理截面特性,以安全性和經(jīng)濟性為前提對五種參數(shù)的截面特性進行優(yōu)化,選定相對最大主壓應(yīng)力和相對質(zhì)量為兩個目標(biāo)函數(shù),以五種截面參數(shù)為優(yōu)化設(shè)計變量,以拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和位移為約束條件,建立優(yōu)化分析模型,判定截面參數(shù)的合理值。(5)為探討某種材料特性和截面特性的高速鐵路U型連續(xù)梁橋合理跨徑,以優(yōu)化后的材料和截面結(jié)果,建立動力性能分析模型,按相同邊中跨比和不同邊中跨比兩種方案類型進行合理跨徑比選。通過判斷不同邊中跨比值對中跨與邊跨最大彎矩的影響,選定適合高速鐵路U型連續(xù)梁橋的合理邊中跨比值為0.6～0.7。利用時程分析,以滯回曲線的機理為基礎(chǔ),判定跨徑對耗能能力的影響,確定了適合高速鐵路U型連續(xù)梁橋的合理中跨跨徑范圍為50～70m。通過對高速鐵路U型連續(xù)梁橋進行性能分析及優(yōu)化研究,得知了影響U型梁結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的截面參數(shù)、材料特性、合理邊中跨比值及合理中跨跨徑,為同類型高鐵U型連續(xù)梁橋設(shè)計和施工提供了一定的技術(shù)支撐。
【關(guān)鍵詞】：高速鐵路U型連續(xù)梁橋 穩(wěn)定理論 非線性分析 材料特性 截面設(shè)計參數(shù) 優(yōu)化設(shè)計 合理跨徑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U442.5
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 1 緒論13-21
• 1.1 高速鐵路U型梁橋概述13-16
• 1.1.1 高速鐵路橋梁的特點及結(jié)構(gòu)形式13-14
• 1.1.2 U型梁的特點及工程應(yīng)用14-16
• 1.2 U型梁的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 論分析研究16-18
• 1.2.2 模型試驗研究18-19
• 1.2.3 實橋測定研究19
• 1.3 本文的研究背景19
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容19-21
• 2 高速鐵路U型梁橋計算分析理論21-33
• 2.1 U型梁力學(xué)性能分析方法21-23
• 2.1.1 解析法21-22
• 2.1.2 有限元法22
• 2.1.3 論分析方法對比22-23
• 2.2 非線性有限元分析23-28
• 2.2.1 概述24
• 2.2.2 求解方法24-28
• 2.2.3 收斂準則28
• 2.3 依托工程設(shè)計資料28-32
• 2.3.1 設(shè)計依據(jù)28-29
• 2.3.2 設(shè)計基本資料29-32
• 2.4 本章小結(jié)32-33
• 3 U型梁設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力性能的影響分析33-55
• 3.1 兩類穩(wěn)定問題的有限元分析思路33-39
• 3.1.1 穩(wěn)定性理論介紹33-34
• 3.1.2 第一類穩(wěn)定問題的線彈性分析34-35
• 3.1.3 第二類穩(wěn)定問題的非線性極限狀態(tài)分析35-37
• 3.1.4 模型概況37-39
• 3.2 不同材料特性對U型梁結(jié)構(gòu)性能的影響分析39-41
• 3.2.1 研究意義39
• 3.2.2 材料特性方案39
• 3.2.3 計算結(jié)果討論39-41
• 3.3 不同截面參數(shù)對U型梁結(jié)構(gòu)性能的影響分析41-54
• 3.3.1 道床板厚度41-44
• 3.3.2 道床板寬度44-46
• 3.3.3 腹板厚度46-49
• 3.3.4 腹板高度49-51
• 3.3.5 上翼緣板厚度51-54
• 3.4 本章小結(jié)54-55
• 4 高速鐵路U型連續(xù)梁橋的截面參數(shù)優(yōu)化設(shè)計55-67
• 4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論55-56
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化概述55
• 4.1.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型55-56
• 4.2 高鐵U型連續(xù)梁橋優(yōu)化模型56-57
• 4.3 高鐵U型連續(xù)梁橋參數(shù)優(yōu)化分析57-65
• 4.3.1 確定設(shè)計變量取值范圍57-60
• 4.3.2 優(yōu)化方法及結(jié)果60-65
• 4.4 本章小結(jié)65-67
• 5 基于動力性能分析的U型連續(xù)梁橋合理跨徑探究67-89
• 5.1 跨徑方案67-68
• 5.2 U型連續(xù)梁橋合理邊中跨比的研究68-72
• 5.2.1 自重作用下的變形和應(yīng)力68-69
• 5.2.2 最不利荷載組合下的變形和應(yīng)力69-70
• 5.2.3 合理邊中跨比的選定70-72
• 5.3 U型連續(xù)梁橋合理中跨跨徑的研究72-88
• 5.3.1 研究方法72-77
• 5.3.2 不同中跨跨徑方案的動力特性分析77-83
• 5.3.3 合理中跨跨徑的選定83-88
• 5.4 本章小結(jié)88-89
• 6 結(jié)論與展望89-91
• 6.1 主要結(jié)論89-90
• 6.2 工作展望90-91
• 參考文獻91-93
• 作者簡歷及攻讀碩士/博士學(xué)位期間取得的研究成果93-97
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集97

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本文編號：820466