公路钢-混凝土连续组合梁桥的截面优化设计研究

摘要

钢—混凝土组合梁桥具有高质量、快速施工、轻型化、节省模板材料、环保等优点。因我国钢—混凝土组合梁起步较晚，导致设计经验相对匮乏。为了研究钢板组合梁的合理截面构造，本文从模型计算以及数据归纳总结两个方面进行研究。
　　本文的主要研究工作如下:
　　1.对组合梁线弹性计算理论及弹塑性计算理论进行了对比研究，分析了钢—混凝土组合梁的受力性能，此外对钢—混凝土连续组合梁桥的内力分析方法进行了理论研究。
　　2.建立ANSYS两跨连续梁有限元模型，分析连续组合梁的非线性极限破坏状态以及滑移效应，汇总了分析了连续组合梁的滑移效应和局部屈曲对于极限承载力的影响。
　　3.基于ANSYS无法自动考虑混凝土收缩徐变效应的现实，提出了采用均匀温度荷载等效模拟的简易计算方法，精确度较高。
　　4.基于公路连续组合梁桥的截面特点，利用MIDAS CIVIL和ANSYS有限元软件分别建立线弹性理论为基础的梁单元模型和空间模型，利用两种有限元软件的特点和优势，分别对既有桥梁的纵向和横向进行计算，研究公路连续组合梁的受力性能。对比计算结果，综合考虑计算效率等因素，选取以换算截面法为理论基础的MIDAS梁单元模型为截面优化计算的有限元模型，选取公路荷载基本组合下钢梁应力值作为截面优化的目标值。
　　5.分析了截面尺寸参数的变化对于上文所述目标值的影响程度，影响因素包括:混凝土桥面板厚度，钢梁上翼缘厚度、钢梁下翼缘厚度、钢梁腹板厚度、钢主梁高度。综合造价和应力规范限值要求，提出了考虑截面各部分尺寸的综合优化法和实现快速优化的可行域法，对当前截面的优化提出了建议。优化分析结果表明此方法优化设计效果显著，可供设计人员参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1．1 钢板组合桥梁特点

1．1．2 钢板组合梁分类

1．2 钢—混凝土组合桥梁国内外研究概况

1．3 论文研究背景及意义

1．4 本文主要工作

第二章 钢—混凝土连续组合梁桥计算原理

2．1 概述

2．2 钢—混凝土组合梁构造

2．3 钢—混凝土组合梁受力性能及滑移分析

2．4．1 基本方法

2．4．2 弹性计算理论

2．4．3 塑性计算理论

2．4．4 组合截面竖向抗剪承载力计算

第三章 钢—混凝土连续组合梁桥有限元建模

3．1 有限元法简介

3．2 钢—混凝土组合梁建模方法

3．3 材料本构关系

3．3．1 钢材

3．3．2 混凝土

3．4 注意事项

第四章 连续组合梁的非线性极限状态计算分析

4．1 有限元模型

4．1．1 基本参数

4．1．2 加载方式

4．1．3 有限元模型的建立

4．2 分析结果汇总

4．3．1 组合梁的应力分析

4．3．2 组合梁的变形及承载力分析

4．3．3 连续组合梁滑移分析

4．3．4 连续组合梁的局部屈曲分析

4．4 本章小结

第五章 连续组合梁桥不同模型计算与结果对比

5．1 工程概况

5．2 主要参数

5．2．1 主要材料及材料性能

5．2．2 荷载参数

5．2．3 荷载组合

5．3 混凝土收缩徐变的有限元模拟

5．4 程序模拟施工过程

5．4．1 施工方案及程序模拟过程

5．4．2 有限元模型的建立

5．5 纵向计算结果对比分析

5．5．1 MIDAS模型主要计算结果

5．5．2 ANSYS主要纵向计算结果

5．5．3 计算结果对比分析

5．6 验算结果

5．6．1 纵向验算

5．6．2 横向桥面板验算

5．7 本章小结

第六章 钢—混凝土连续组合梁桥截面优化分析

6．1 桥面板厚度影响

6．1．1 桥面板厚度对于钢梁应力影响

6．1．2 数据分析

6．2 钢梁上翼缘厚度影响

6．2．1 钢梁上翼缘厚度对钢梁应力影响

6．2．2 数据分析

6．3 钢梁腹板厚度影响

6．3．1 钢梁腹板厚度对钢梁应力影响

6．3．2 数据分析

6．4 钢梁下翼缘厚度影响

6．4．1 钢梁下翼缘厚度对钢梁应力影响

6．4．2 数据分析

6．5 钢梁腹板高度影响

6．5．1 钢梁腹板高度对钢梁应力影响

6．5．2 数据分析

6．6 基于综合分析的截面优化

6．6．1 桥面板厚度优化

6．6．2 钢梁上翼缘板厚度优化

6．6．3 钢梁腹板厚度优化

6．6．4 钢梁下翼缘厚度优化

6．6．5 钢梁腹板高度优化

6．6．6 结果讨论

6．7 单参数截面优化分析

6．7．1 边跨跨中处截面优化

6．7．2 支座处截面优化

6．8 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献