【摘要】：本文以研究大跨度環(huán)形鋼箱梁人行橋的力學行為為對象,在總結(jié)環(huán)形鋼箱梁橋的力學特性及計算理論的基礎(chǔ)上,使用Midas Fea有限元程序,利用板單元來精準模擬鋼箱結(jié)構(gòu)的每一個細節(jié)構(gòu)造,從一大跨徑環(huán)形人行天橋工程實例的計算分析入手,深入探討和分析了影響環(huán)形人行天橋力學特性的相關(guān)因素,包括不同跨徑布置方式、環(huán)形連續(xù)非閉合結(jié)構(gòu)變?yōu)榄h(huán)形連續(xù)閉合結(jié)構(gòu)(即有無伸縮縫)、箱梁截面高度、腹板厚度、加勁肋設(shè)置、整體溫度變化、曲率變化等,得到環(huán)形鋼箱梁人行橋原橋跨徑具有一定的優(yōu)化空間,且應(yīng)盡量按照連續(xù)梁跨徑布置原則進行布置;環(huán)形鋼箱梁人行橋非閉合結(jié)構(gòu)改為閉合結(jié)構(gòu)后可提高結(jié)構(gòu)自振頻率,可有效改變結(jié)構(gòu)力學狀態(tài),使結(jié)構(gòu)受力更合理;箱梁截面高度在1.2m~2.2m范圍內(nèi)變化時,截面高度的增加使環(huán)形鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)強度與剛度均增加,結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力與位移大幅減小;腹板厚度在14mm~22mm范圍內(nèi)變化時,對環(huán)形鋼箱梁橋的力學特性影響較小,且發(fā)現(xiàn)腹板厚度并不是越厚越好;對原橋分析時,發(fā)現(xiàn)在某些局部位置(支座附近)的橫隔板、縱向肋板的等效應(yīng)力值最大達到170.27MPa,這是以往文獻未見的結(jié)果,而在以往類似結(jié)構(gòu)的驗算中都忽略了對橫隔板、加勁肋的強度驗算,同時通過進一步分析發(fā)現(xiàn):加勁肋高度在50mm~140mm范圍內(nèi)的變化時,環(huán)形鋼箱梁人行橋的力學狀態(tài)無明顯變化,且加勁肋高度的增加會使結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力增加;加勁肋間距在200mm~800mm范圍內(nèi)變化時,加勁肋間距的增加或減少都有可能使結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力增大;溫度變化對環(huán)形鋼箱梁橋非閉合結(jié)構(gòu)與閉合結(jié)構(gòu)的力學特性影響均較顯著,溫度的增加,使結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力和結(jié)構(gòu)軸向位移也大幅度增加,但對結(jié)構(gòu)各跨撓度基本無影響;曲率半徑在33.759m~58.759m范圍內(nèi)變化時,曲率半徑的增加,使結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力與位移大幅增加。另外,本文還研究了橫隔板與加勁肋對環(huán)形鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)自振頻率的影響,得到橫隔板與加勁肋的設(shè)置有利于提高環(huán)形鋼箱梁人行橋的自振頻率,可有效控制環(huán)形鋼箱梁人行橋在自振下的位移等結(jié)論。根據(jù)以上結(jié)論,提出了大跨度環(huán)形鋼箱梁人行橋合理的跨徑設(shè)置方式以及合理的構(gòu)造設(shè)計和設(shè)計理念:伸縮縫對該類環(huán)形鋼箱梁橋的結(jié)構(gòu)力學狀態(tài)影響顯著,在類似邊跨跨徑較大的環(huán)形人行橋中可以不設(shè)置伸縮縫,宜設(shè)置為環(huán)形閉合結(jié)構(gòu);鋼箱梁腹板厚度并非越大越好,腹板的厚度宜控制在14 mm~18mm內(nèi)的設(shè)計理念;鋼箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)校核橫隔板及加勁肋的強度,特別是支座處的橫隔板和加勁肋的強度。針對本文中工程實例優(yōu)化了在滿足現(xiàn)場實際位置的情況下鋼箱梁橋跨徑布置方式,使得橋梁具有更好的力學性能。所有這些大跨度環(huán)形鋼箱梁人行橋的設(shè)計思想,對類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。
【學位授予單位】：重慶交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U448.11
【圖文】：

m+29.48m +32.59m +25.79m+38.03m+36.14m+37.02m，共計 8 跨，曲率半.759m。橋梁全長 274.94m，橋面凈寬 4.0m，梯道寬 2.5m。天橋雙向橫坡，縱坡為 1.5%。欄桿采用鋼結(jié)構(gòu)鋼化玻璃組合欄桿。上部結(jié)構(gòu)采用斜腹板箱梁梁高 1.7m，頂寬 4.5m，底寬 2.3m。支座采用板式橡膠支座和盆式橡下部結(jié)構(gòu)天橋橋墩采用鋼筋混凝土花瓶墩和鋼管混凝土圓柱墩。橋面做下依次為：（1）30 厚芝麻白花崗石；（2）1:2 水泥砂漿找平層兼找坡層（20mm）；（3）梯道梁；（4）梯道鋼箱梁。箱梁除頂板、底板、腹板和墩頂采用 Q345qC 鋼。桃花大道為城市主干道，長壽路、沙井路、桃東路、桃干道。對交叉口進行渠化升級改造后，桃西路寬 24m，桃東路寬 24m，南側(cè)寬 27m，桃花大道北側(cè)寬 30.5m。擬建天橋場地地震抗震設(shè)防烈度為場地地震動峰值加速度 0.05g。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準50223-2008）城鎮(zhèn)交通設(shè)施的抗震類別為乙類，人行天橋結(jié)構(gòu)應(yīng)提高一度（要求構(gòu)造設(shè)防。設(shè)計安全等級為二級。東方之驕人行天橋現(xiàn)場實況圖、圖見圖 3.1、圖 3.2。

采用空間桿系梁單元不能正確模擬真實結(jié)構(gòu)，因此采用空間有限元板單元法建立結(jié)構(gòu)計算模型。3.3.2 有限元模型運用橋梁領(lǐng)域通用結(jié)構(gòu)分析及設(shè)計有限元軟件 Midas Fea，通過點-線-面-網(wǎng)格劃分以及直接生成網(wǎng)格面的方式，對東方之驕環(huán)形鋼箱梁人行橋主梁建立空間有限元模型，采用容許應(yīng)力法對其進行整體受力分析，全橋有限元模型見圖 3.5。由于該橋在第一聯(lián)與第二聯(lián)兩端相接的位置處留有伸縮縫，在建模過程中需按照實際情況留出伸縮縫位置，如圖 3.6。在建模過程中，由于支座處均有鋼板加強，將支座的邊界約束轉(zhuǎn)換為支座位置底板處各節(jié)點的邊界條件約束；1#、5#墩采用單向盆式支座，該支座位置處節(jié)點的軸向平動自由度被釋放，其余自由度均被約束，只允許軸向變形；2#、4#、6#、8#墩是固結(jié)墩，該支座位置處節(jié)點的平動自由度和旋轉(zhuǎn)自由度均被約束；3#、7#墩采用的是矩形橡膠支座，該支座位置處節(jié)點的軸向平動自由度和徑向平動自由度被釋放，其余自由度均被約束，只允許軸向變形和徑向變形。

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本文編號：2726301