下承式鐵路鋼管混凝土系桿拱橋吊桿力學(xué)行為分析.pdf.doc

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。下承式鐵路鋼管混凝土系桿拱橋吊桿力學(xué)行為分析.pdf.doc下承式鐵路鋼管混凝土系桿拱橋吊桿力學(xué)行為分析.pdf.doc 蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文下承式鐵路鋼管混凝土系桿拱橋吊桿力學(xué)行為分析姓名：徐岳震申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：橋梁與隧道工程指導(dǎo)教師：季日臣201206 蘭州交通大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論文摘要本 文 以 某一 實(shí)際工 程為 實(shí)例 ， 建 立 下承式鋼管 混 凝 土 系桿 拱橋 的 有限 元 模型 ， 利用針對 吊 桿 的 疲 勞破 損 受 力問題 ， 分析了影響 吊 桿 受 力行 為的 幾

2、 個 主要因素， 包括溫度 變化 、 混 凝 土 收 縮 徐 變及 吊 桿 的 風(fēng)雨 振 問題 、 橋 梁振 動 問題 和 吊 桿 的 連 接形 式等 。分析認(rèn) 為， 吊 桿 的 破損 原 因包 括其自身所受 的 復(fù) 雜的 附 加 剪力和 附 加 彎矩 環(huán) 境、 長期 處 于高 頻 振 動 狀 態(tài) 和 材 料 的 銹 蝕 等 綜 合 作用， 疲 勞受 力并不 是吊 桿 破斷 的 唯 一 原 因。根 據(jù) 力的 平衡 法 計 算確定 吊 桿 的 張拉 力， 保證 了拱肋 和 系梁的 恒載彎矩 合 理 分布 ，吊 桿 的 受 力均勻 。對 于 施工 階段 的 吊 桿 初始張拉 力利 用倒拆 法 求

3、解 得出 。通過 對吊 桿 的張拉 力進(jìn) 行合 理 調(diào) 整， 使 得系梁控 制 部位 及 拱肋 的 內(nèi) 力分布 趨于 合 理 。通過 對比 成 橋 前后 吊 桿 受 力變 化 ， 表明 活 載增 大了 吊 桿 所受 的 張力， 吊 桿 索 力增 加 幅度 基 本 一 致， 吊 桿受 活 載影響 較大。關(guān) 鍵詞：鋼管 混 凝 土 ：吊 桿 張拉 力：疲 勞破 損 ：吊 桿 受 力：論文 類 型 ：應(yīng) 用研 究68 鷄 瑃 曲 謝 梁拱 組合 體 系 簡 述材 料抗彎 剛 度 ， 而是 由系 梁與拱 肋 的 拉 壓 力 矩承 擔(dān)很 大部分， 這 樣就 大大減小 了 橋梁結(jié)構(gòu)自 重 ， 提升了 材

4、料利 用率 ， 增大了 橋梁的 跨 越能 力 。 需 要特別 指 出 的 是 ， 在 橋梁承 載范 圍 內(nèi) 所 產(chǎn)生 的 剪 力 ， 基本 由拱 肋 軸 向力 的 豎 直 分量 提供， 對于 體 系 的 抗剪 要求 ， 系 梁和拱 肋 的 截 面 材 料抗剪 能 力 是 很 容易 滿 足的 。 因此對于 梁拱 組合 體 系 產(chǎn)生 的 效 應(yīng) ， 跨 徑范 圍 內(nèi) 的 外 力 以拉 壓 軸 力 為 主。 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析梁 拱 組合 體系 橋梁 的 形式 非 常多 樣， 由 于系 梁 和 拱 肋的 不 同 組合 形式 ， 大致根 據(jù)以圖 簡 支

5、 體系 、 剛架 體系 、 連 續(xù) 體系 拱 橋 圖 上 、 下 、 中 承式 系 桿拱 橋根 據(jù)系 梁 和 拱 肋相 對抗 彎 剛度的 大小 ， 梁 拱 組合 體系 橋梁 可 分 為三 類 ：柔 梁 剛拱圖 式 如 圖 所 示 。 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析圖 系 桿拱 、 朗 格 爾拱 、 洛 澤 拱 鋼 管 混凝 土 在拱 橋 中的 應(yīng)用 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析鋼管 混 凝土 結(jié) 構(gòu)屬 于 鋼一混 凝土 組合 結(jié) 構(gòu)， 是一種 將 混 凝土 填 充至 鋼管 內(nèi) ， 實(shí) 現(xiàn) 兩者協(xié) 同工 作 的 受 壓

6、 組合 材 料。它利用 混 凝土 和 鋼管 兩 種 材 料在承受 荷 載過程 時 的 相 互 作用 ， 即 在軸向 荷 載作 用 下 ， 鋼管 由于 核 心 混 凝土 的 徑 向 約 束作 用 從而 將 鋼管 中的 核 心 混凝土 強(qiáng) 度得到 提 高， 混 凝土 處 于 復(fù) 雜 應(yīng) 力狀 態(tài) 之下 ， 其韌 性 和 塑性 大 為改善； 并且 混 凝土 的 存 在避 免了或延 緩了鋼管 產(chǎn)生 的 局部屈 曲 ， 保證 了兩 者能 夠 充分 發(fā) 揮材 料的 性 能 。相 比鋼筋 混 凝土 ， 鋼管 混 凝土 施工 時 不需要綁扎 鋼筋 、 支 模板 及拆 模板 等 工 序 ， 施工 相 對 方 便

7、 。因 鋼管 內(nèi) 無 需鋼筋 ， 澆筑 混 凝土 較 為方 便 ， 易振搗 密 實(shí) ， 特別由于 采 用 了泵 送混 凝土 、 自 密 實(shí) 混 凝土 及高 拋免振搗 混 凝土 等 施工 工 藝 ， 更 能 有 效 加 快鋼管 混 凝土的 施工 進(jìn)度。 相 比預(yù) 制的 鋼筋 混 凝土 構(gòu)件 ， 沒有 構(gòu)件 預(yù) 制場 地的 要求 。并且 與鋼結(jié) 構(gòu)相比， 鋼管 混 凝土 構(gòu)造 通 常更 為簡單 ， 因 而 焊 縫 少 ， 易于 制 作 ， 特別是在 鋼管 混 凝土 中 可廣 泛 采 用 薄 壁鋼管 ， 因 而進(jìn)行 鋼管 現(xiàn) 場 拼 接、 對 焊 更 為簡便 快捷。 此外 ， 先 期 架設(shè) 的 空鋼

8、管 可 以 用 作 澆筑 拱 肋核 心 混 凝土 的 模板 和 支 架， 加 之鋼管 混 凝土 自 身 具備 的 抗 壓 和 抗 鋼管 混 凝 土 拱 橋 吊 桿力 學(xué) 行為研 究現(xiàn) 狀 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析 式結(jié)構(gòu)。胃 止 芡 餼、橫 撐鋼 管 外徑 啪， 壁厚 均 為 。拱 肋橫 撐上設(shè) 暮 崞 攏 誦 械 婪段 諼 F狡隆盜 憾 瞬 段 誚 街聚丙 烯 風(fēng) 狀 纖維圖格 丑溝 特 大橋 主 跨 構(gòu)造 示意圖 隨 著 鋼 管混 凝土 系桿 拱 橋在 我 國的 大量 修 建 ， 其 吊桿 的 運(yùn) 營安 全 問 題逐 漸 引起 工程技術(shù)人 員 的

9、 重 視。 工程 實(shí)踐發(fā) 現(xiàn)， 吊桿 的 疲 勞 腐 蝕 破損 已 成 為 吊桿 破壞 的 主要 原 因。 本文 以某下承式 系桿 拱 橋 招韻 盜 焊 招怨 敖 峁固逑 為 例， 對 影 響吊桿 受力行為 的 因素進(jìn)行探討， 對 引起 吊桿 破損 的 因素 進(jìn)行分 析 并 提出了 相 關(guān) 建 議。 本文 的 主要 工作 內(nèi)容如下： 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析 吊 桿的 疲 勞 破 壞 原 理 ，會 造 成吊 桿 的突 然 斷 裂。 纖維 狀 或粗 粒 狀 的材料 斷 裂面特 征 就 是 由 這 種 突 然 性 斷 裂造 成的。腐 蝕 疲 勞 是 結(jié)

10、構(gòu) 在 腐 蝕 環(huán) 境 下 的常見失 效 形 式 ， 是 由 交變 應(yīng)力 與 腐 蝕 介質(zhì) 環(huán) 境 的共同作 用 產(chǎn) 生的 【 。 在 設(shè) 計、 維 護(hù) 、 分 析 等方 面若未 充 分 考慮 吊 桿 的腐 蝕 疲 勞 失 效 ， 將會 帶 來 很 大的 危 險性 。 水 和空 氣 是 自然 環(huán) 境 下 造 成吊 桿 腐 蝕 得主 要原因。 金屬 的疲 勞 性能由 于腐 蝕 而大大降 低 ， 腐 蝕 和疲 勞 構(gòu) 成了 互 相 加 強(qiáng) 的循環(huán) ， 腐 蝕 加 速了 應(yīng)力 疲 勞 的過程 ， 反 復(fù) 應(yīng)力 又 加 速了 對腐 蝕 的作 用 。 混凝 土 溫 度變 化 及 收 縮、 徐變 下 的吊

11、 桿 受 力 行為 國 ：竺 仁國 !#甁 向 的 最 大截 面 尺 寸 。 橋面 由于受到不 對 稱的 移 動橫 向 荷 載 作 用或 橋梁受到橫 向 風(fēng) 力的 作 用是 橋面 產(chǎn)生橫 向 振動的 主要 原 因。由 于橋面 的 橫 向 振動， 吊 桿承擔(dān) 一定的 橫 向 力， 從 而 產(chǎn)生 橫 向 的剪 切和彎 曲 變 形。對 于下 承式 系 桿拱 橋結(jié) 構(gòu) ， 由于短 吊 桿的 長 度較短 ， 對 變 形的 適 應(yīng) 能力較差， 雖 然 橫 向 位移 在 橋面 產(chǎn)生 橫 向 振動時 最 小 ， 但其承擔(dān) 的 橫 向 力較大， 將會 產(chǎn)生較大的 彈性變 形。 由整體 結(jié)構(gòu) 振動 結(jié)果 可 以發(fā)

12、 現(xiàn)， 吊 桿 的 變 形 是 拱肋 和 系 桿 變 形 的 幾 倍 甚 至更大。并 且 由吊 桿 的 頻 率 公 式可 知， 短吊 桿 的 振動 頻 率 比長吊 桿 要大， 故 在同 樣荷 載 作 用 下 ，短吊 桿 受動 荷 載 沖擊 影 響 比長吊 桿 也要大很多 ， 甚 至有時 達(dá) 到 數(shù) 倍 以上， 這 些 因素 導(dǎo)致 短吊 桿 的 應(yīng) 力 幅增 大， 其 抗疲勞能 力 亦 隨 之 下 降 。短吊 桿 是 對 高 頻 振動 狀態(tài) 受力 非常 不 利 的 一 個 因素 。 所受 的 沖 擊 影 響， 對于短 吊 桿來說 尤 其重 要 。 吊 桿 成 橋索 力的確定 吊 桿 張 拉 力

13、的確定鋼 管混 凝土 系 桿 拱 橋?qū)儆?梁 拱 組合 結(jié) 構(gòu)，一 方 面其力 學(xué) 性 能 充 分 發(fā) 揮 了拱 的特 點(diǎn) ：由于 承受水 平推 力的作用，拱 肋主要 以 承受壓 力為主，拱 內(nèi) 剪力 、彎 矩很 小，使 鋼 管內(nèi)核 心混 凝土 抗 壓 能 力強(qiáng)的 優(yōu) 點(diǎn) 得 到充 分 發(fā) 揮 ； 另 一方 面通過 吊 桿 的合 理 布 置 ，吊 桿 的張拉 力合 理 施 加 使 得 系 梁 的彎 矩得 以 減小，并將 系 梁 剪力 轉(zhuǎn)換成 拱 的軸力 ，使 全 橋處 于 合理 均 勻的受力 狀 態(tài)，吊 桿 對 于 整 個 梁 拱 組合 結(jié) 構(gòu)起著 傳遞構(gòu) 件之 作用。 鮮 屏 摹 砰 當(dāng) 腯

14、 為非奇 異 矩陣時 ，可求 得 ： 盡合 理 。參 考以 往 的成 功 經(jīng)驗(yàn) 并經(jīng)反 復(fù) 試算，本 文 以 圖 所示的 彎 矩作為目 標(biāo) 彎 矩，計 算所需 的吊 桿 張 拉 力 。 注 ： 圖 中 所示的 吊 桿 張 拉 值為單根 吊 桿 的張 拉 值。、 吊 桿初 始 張拉 力的 確 定 蓼、瓜 彳一， 歲 毒 表 吊 桿的 初 始 張拉 力 計 算圖 表顯 示 ， 程序 輸出的 變 形 圖 示 與計 算數(shù)值較為一 致 ， 吊 桿的 初 始 張拉 力沒有 改變 吊 桿初 始 張 拉 力 對 全 橋 的 影響 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析 分 析兩

15、種 工況下的吊 桿 軸 力 ， 得出 如下結(jié) 論： 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析 最大應(yīng) 力 最小 應(yīng) 力 平均 應(yīng) 力 應(yīng) 力幅 應(yīng) 力幅比 值表 吊 桿間距 變 化 時 跨 吊 桿應(yīng) 力 一一一表 吊 桿間距 變 化 時 跨 中 吊 桿應(yīng) 力吊 桿間距 一 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析圖 最 大應(yīng) 力受 吊 桿間距 的影 響圖 應(yīng) 力幅 受 吊 桿間距 的影 響從 以上的計 算 數(shù) 據(jù)及圖 表可 以看 出：最 大應(yīng) 力和 應(yīng) 力幅 隨著吊 桿間距 的增 加 ， 基 本都 呈現(xiàn) 出線 性增 加 趨 勢 ， 跨 吊

16、 桿和 跨 中吊 桿增 大的幅 度 基 本 一 致 ， 邊吊 桿增 大幅 度要稍 小 ， 并且 在 各 種 吊 桿間距 情況 下 ， 邊 吊 桿的最 大應(yīng) 力以及應(yīng) 力幅 值 均為最 小 。 在 增大比 例 上， 不 同吊 桿間距 下 ， 邊吊 桿增 大率要大于 跨 及跨 中吊 桿， 這與邊 吊 桿距 離拱 腳 過近， 受 到拱 肋 的影 響有 關(guān)。 蘭州交通大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文 厘應(yīng) 力力幅幅 比比 值值吊桿位以上計 算 數(shù) 據(jù)顯示 ， 無 論 在 最 大應(yīng) 力還 是 應(yīng) 力幅 值 方 面， 邊吊 桿都 不 是 所 有 吊 桿中最 大的， 相反卻 是 最 小的。 這說 明 實(shí)際 工

17、程中經(jīng) 常發(fā) 生 的邊 吊 桿破 損問題 ， 吊 桿的荷 載疲 勞 并不 是 單 純 的、 主要的原 因， 這與我 們的常識 理 論 是 有 出入 的， 值 得 引起 工 程師們深入 的研 究 和 思考。 數(shù) 據(jù)同 時顯示 ， 跨 中吊 桿的最 大應(yīng) 力和 應(yīng) 力幅 值 也 不 是 最 大的， 這也 與我 們平時 主觀 認(rèn)為的中 吊 桿受 力最 大是 不 一 致 的。 吊桿 截 面 積 的 影響表 吊桿 截 面 積 變 化時邊 吊桿 內(nèi) 力 下承 式鐵路 鋼 管 混 凝土 系 桿 拱 橋吊桿 力 學(xué) 行 為 分 析 圖 軸力 幅 受吊桿 截 面 積 的影響圖 應(yīng)力 幅 受吊桿 截 面 積 的影

18、響 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析軸力和軸力幅 而增 大， 且 增 幅 明 顯； 而應(yīng) 力和應(yīng) 力幅 由 于 吊 桿截 面 積的 增 大， 下 降 幅 度較為緩 慢 。 相 比其 他 吊 桿， 其 軸力和應(yīng) 力都 沒 有 由 于 邊 吊 桿截 面 積的 變 化 而發(fā) 生明 顯改變 。 在 柔 性吊 桿結(jié) 構(gòu)設(shè)計 中 ， 針對邊 吊 桿容 易 產(chǎn)生破損失 效 的 問 題 ， 我 們 可 根 據(jù) 這一分析 結(jié) 果對邊 吊 桿做適 當(dāng) 的 加 強(qiáng) ， 例 如 采取加 大邊 吊 桿截 面 積或 對邊 吊 桿設(shè)計 相 對保 守的做法 ， 對其 他 吊 桿的 受 力基 本 沒 有 影響 。 在 下 承式 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋的 運(yùn) 營 中 ， 由 于響 不 大。 蘭州交通大學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論文圖 最大應(yīng) 力受 矢 跨 比的 影響圖 應(yīng) 力幅 受 矢 跨 比的 影響 蘭州交通大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論文圖 應(yīng) 力幅 受 梁拱 剛度 比 的 影 響 邊吊 桿的應(yīng)力幅 增 大幅 值 相應(yīng)增 大 左 右 ； 跨 吊 桿最大應(yīng)力和 應(yīng)力幅 值 略 有增 大， 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行 為分 析 本章 小 結(jié) 蘭州交通大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位論文 下 承式 鐵路 鋼管 混 凝土 系 桿拱 橋吊 桿力學(xué) 行