摘要
随着我国高速铁路的迅速发展,对高速铁路桥梁在刚度、整体抗震性能,动力性能等方面有更高的要求。正交异性整体钢桥面板与桁架组合体系桥梁具有刚度大、整体性好、动力性能好、噪声小等优点,是高速铁路大跨度钢桥较为合适的结构形式之一。但由于下弦杆、纵梁、横梁的上翼缘是钢桥面板的组成部分,体系受力复杂。使设计、分析计算难度更大。
论文以在建的漯河到阜阳新建铁路赵寨颖河铁路双线板桁组合钢桁桥的设计工作为背景,从受力性能及构造细节两个方面进行较深入的探讨,其主要工作如下:
(1)对钢桁梁桥的发展历史做了系统的回顾,概括了板桁组合体系的结构形式及力学特点,总结了计算方法的研究现状。
(2)在充分研究赵寨颖河双线特大桥具体建桥条件的基础上,对包括下承式钢箱系杆拱桥、预应力混凝土连续梁、板桁组合钢桁梁在内的不同桥式方案从经济、施工、设计等多方面进行对比,最后确定了最优桥式方案。
(3)研究板桁组合简支钢桁梁的构造尺寸和主桁杆件截面形状和尺寸的合理选择,采用空间板梁单元法、平面简化计算方法对其整体受力行为进行对比计算分析,并对不同方法的精度、适用范围及计算代价等进行了对比和评价。
(4)分析了规范对强度、稳定和疲劳的计算原则和注意事项,编制铁路钢桥杆件检算程序CRBSS,对赵寨颖河特大桥主桁各杆件进行强度、稳定性、疲劳性能及连接的检算。
(5)本文详细研究了板桁组合钢桁梁的关键细部结构,采用有限元程序ANSYS,对支座、顶梁局部,正交异性板桥面进行了详细的局部分析;结合分析结果,探讨了大跨度板桁组合体系钢桥面的合理布置形式及其适用范围。
Along with our country high-speed railways rapid development, to the railroad bridge in the rigidity,the earthquake resistance performance, excellent dynamic behavior and so on has a higher request.Truss with orthotropic steel bridge deck is one of the relatively reasonable structural types in long-span bridges of high-speed railways,because of its great rigidty,good integrity, excellent dynamic behavior,making low noise etc.However,upper flanges of lower chords,longitudinal girders,transverse girders,transverse girders,as parts of the steel bridge deck,whose mechanical behavior are complex. Make design and analysis calculation rather difficult.
In the dissertation, mechanical properties and Structure detail for railroad two-line Plate-truss composite steel truss bridge are studied deeply on the background of ZhaoZhai YingHe River bridge of the newly built railroad from Luohe to Fuyang.The main research works are as following:
(1) The thesis reviewed the development of railroad steel truss bridge systematically and summarized the structural and the mechanical properties of plate-truss composite.Also the research status of calculation method was summarized.
(2) On the basis of sufficient study on the constructive condition of the ZhaoZhai Yinghe River bridge,different types of bridges including bottom-road bridge steel box tie bar arched bridge,prestressed continuous concrete bridge and Plate-truss composite steel truss bridge were compared from economy, construction, design,etc. Plate-truss composite steel truss bridge was finally decided as the best optimized design scheme.
(3) Research of structure size for Plate-truss composite steel truss bridge, the main truss shape and size reasonable choice, mechanical properties analysis of ZhaoZhai Yinghe River bridge has been made by using spatial panel-grider element and plane simplified calculation method.then,a sthdy and evaluation on different methods above in viem of calculation precision,computational cost and the applied range of analysis have been mead.
(4) Calculation principle and matters needing attention for strength,stability, fatigue properties and connection are analyzed,also a bar member verification program has been compiled which was applied to check calculations the strength,stability, fatigue properties of the ZhaoZhai YingHe River bridge main truss.
(5) Detail anaysis and research of Support,top-beam part,truss with orthotropic steel bridge deck for Plate-truss composite steel truss bridge.Combining with the analysis results,reasonale arrangement form and applicable range for long-span Plate-truss composite steel truss bridge with orthotropic steel bridge deck was discussed.
引文
[1]吴冲.现代钢桥.北京:人民交通出版社,2006
[2]铁道部第三勘测设计院.铁路桥涵设计基本规范(TB 10002.1-2005).天津:铁道部第三勘测设计院,2005
[3]中铁大桥勘测设计院.铁路桥梁钢结构设计规范(TB 10002.2-2005).北京:中国铁道出版社,2005
[4]李富文,伏魁先,刘学信.钢桥.北京:中国铁道出版社,1996
[5]钱冬生,夏建国.铁路钢桥.成都:西南交通大学,1994
[6]李富文,伏魁先,徐文焕.板桁组合结构钢桥的空间计算分析.西南交通大学学报.1981(3)
[7]道路桥示方书(Ⅰ共通篇.Ⅱ钢桥篇).同解说.日本道路协会.丸善株式会社,1996
[8]日本《铁道构筑物等设计标准及解说》钢桥、结合梁桥第1篇铁路钢桥
[9]欧洲规范3(Euroeode3):钢桥
[10]AASHTO. (1998). LRFDbridgedesignsPeeifieations, Washington, D. C.
[11]中华人民共和国国家标准,钢结构设计规范(GB50017-2003)[S].北京:中国建筑工业出版社,2003
[12]王华,叶爱亮.VisualC++6.0编程实例与技巧.北京:机械工业出版社,1999
[13]小西一郎著,钢桥.北京:中国铁道出版社,1982
[14]项海帆.高等桥梁结构理论.北京:人民交通出版社,2002
[15]李富文,伏魁先,刘学信.钢桥.中国铁道出版社,2002
[16]王承礼,徐名枢.铁路桥梁.中国铁道出版社,1997
[17]万明坤,王俭槐.铁路钢桁桥计算.中国铁道出版社,1988
[19]郑凯锋,唐继舜,王应良.钢桥全桥全壳单元模型的空间计算方法.铁道工程学报,1997,第2期
[20]郑凯锋,唐继舜.铁路钢桥的全桥结构仿真分析研究.铁道学报,1999,第1期.
[21]李廉馄结构力学(上下),3版高等教育出版社,1996.
[22]李庆华.材料力学.西南交通大学出版社,1994
[23]郑凯锋等.板桁组合结构桥梁及其计算方法的研究.《全国桥梁学术年会论文集》.1996年
[24]大桥局桥梁研究所工程研究室.板桁组合桥梁模型三维立体分析.《桥梁建设》.1982第2期
[25]万鹏、郑凯锋.钢箱梁正交异性板体系应力不同计算方法的比较.《中国结构协会桥梁钢结构协会第三次学术年会论文集》.2002年
[26]何畏、李乔.板桁组合结构体系特性及计算方法研究.《中国铁道科学》.2001年10月
[27]王应良、李小珍、强士中.梯形加劲肋正交异性钢桥面板分析的等效格子法.《西南交通大学学报》.1999年10月
[28]Powell. Analysis of Orthotropic SteelPlate Deek Bridge. Pro.ASCE,95, (1969) STS.
[29]Homberg, Trenks, Drehsteife Kreuzwerke,1962.
[30]胡光伟、钱振东、黄卫.正交异性钢箱梁桥面第二体系结构优化设计.《东南大学学报》.2003年4月
[31]陈绍藩.《钢结构设计原理》.科学出版社,2003年
[32]魏明钟.《钢结构设计新规范应用讲评》.中国建筑工业出版社.1991年
[33]陈绍蕃.钢桁架的次应力和极限状态.《钢结构》.2005年第4期
[34]刘春彦.有碴正交异性板钢桥面系铁路钢桥的设计研究及优越性的探讨[J].铁道标准设计,1989(1)
[35]陈骥,钢结构稳定理论与设计,科学出版社,2001
[36]向海帆,吴定俊.我国铁路桥梁的现状和展望.铁道建筑技术,2001,18(2):1-6
[37]李凤芹,何伟,杨欣然.钢桁结合梁桥面系结构设计研究.铁道勘察.2007,(增刊1): 20-23
[38]王国强.实用工程数值模拟技术及其在ANSYS上的实践.西安:西北工业大学出版社,1999
[39]嘉木工作室.ANSYS有限元实例分析教程.北京:机械工业出版社,2002
[40]陈精一,蔡国忠.电脑辅助工程分析—ANSYS使用指南.北京:中国铁道出版社,2001
[41]中华人民共和国铁道部.TB10002.3-2005.铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范.北京:中国铁道出版社,2005
[42叶梅新,胡文军,陈佳.南京大胜关长江大桥桁拱部分节段模型试验研究.铁道标准设计,2008,(3):73~77
[43]中南大学.南京大胜关长江大桥关键技术研究—道碴整体桥面结构分析与试验研究报告.长沙:中南大学,2006
[44]陈玉骥,叶梅新.高速铁路下承式板桁结合梁的受力分析.中南大学学报(自然科学版)200435(5):849~855
[45]陈玉骥,叶梅新.简支下承式桁梁结合梁的模型试验.中国铁道科学,2004,25(6):82~87
[46]张哗芝.下承式钢桁半结合桥桥面系的受力状态及改善方法.中国铁道科学,2008,29(2):53~58
[47]英国标准学会BS5400:钢桥、混凝上桥及结合桥.西南交通大学出版社,1987