高速鐵路下承式鋼系桿拱橋結(jié)構(gòu)行為研究.pdf

1、隨著高速鐵路的快速發(fā)展，高速鐵路斜交跨越城市干道、高速公路的機(jī)率很大，其需求跨度范圍為90～150m，當(dāng)橋下凈空要求較高且橋上受線路標(biāo)高限制時，采用下承式鋼系桿拱橋具有獨特的優(yōu)勢。該橋型在國內(nèi)外高速鐵路橋梁中得到了一定的應(yīng)用，具有外形美觀、跨越能力強(qiáng)、施工干擾小、橋面下結(jié)構(gòu)高度低等優(yōu)點，但其應(yīng)用時間還不長，研究還不深入。根據(jù)高速鐵路對橋梁剛度、受力、變形、動力性能、疲勞性能等要求，在總結(jié)國內(nèi)外研究成果基礎(chǔ)上，以福廈高速鐵路128m跨度下

2、承式鋼系桿拱橋為工程背景，對高速鐵路下承式鋼系桿拱橋結(jié)構(gòu)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　首先，針對高速鐵路下承式鋼系桿拱橋結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了全面的研究，提出了適用于高速鐵路下承式鋼系桿拱橋的合理結(jié)構(gòu)形式。采用有限元數(shù)值方法，系統(tǒng)地研究了吊桿形式、拱肋與系梁相對剛度比、拱肋內(nèi)傾角、拱肋橫向連接系、矢跨比、橋面型式對結(jié)構(gòu)動力特性、剛度、受力和變形的影響。在考慮受力、施工、用鋼量等綜合因素下，提出了適刖于高速鐵路下承式鋼系桿拱橋的合理結(jié)構(gòu)形式，即

3、矢跨比1/5左右、平行拱、剛性吊桿、“一”字橫撐、密布橫梁小縱梁的正交異型整體鋼橋面。以福廈鐵路128m鋼系桿拱橋為研究對象，對該結(jié)構(gòu)的靜力性能進(jìn)行了計算分析，在各種荷載組合下，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、變形等各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求，進(jìn)一步驗證了所提出高速鐵路下承式鋼系桿拱橋結(jié)構(gòu)形式的合理性。
　　其次，針對高速鐵路下承式鋼系桿拱橋典型構(gòu)造細(xì)節(jié)，包括6種拱腳構(gòu)造形式、正交異性鋼橋面板、吊桿與拱肋和系梁的連接、橫梁與系梁的連接等受力復(fù)雜部位，采用

4、有限元分析方法進(jìn)行疲勞構(gòu)造的應(yīng)力分析，探明了各連接細(xì)節(jié)中應(yīng)關(guān)注的疲勞關(guān)鍵部位。從改善疲勞性能的角度提出了合理的拱腳構(gòu)造形式；針對目前橋規(guī)未涉及鐵路橋梁正交異性鋼橋面的疲勞規(guī)定，對鐵路正交異性鋼橋面板的疲勞荷載加載、疲勞抗力進(jìn)行了探索，指出疲勞應(yīng)力幅比較大的構(gòu)造細(xì)節(jié)主要為閉口肋與橋面板角焊縫連接部位、閉口肋與橫梁交叉位置、閉口肋與次橫梁交叉位置前后板塊閉口肋橫向?qū)硬课?、前后板塊縱梁橫向?qū)硬课弧?br>　　再次，針對高速鐵路下承式鋼系桿

5、拱橋正交異性鋼橋面，為深入研究正交異性整體鋼橋面在鐵路橋梁中的適用性能、應(yīng)力分布規(guī)律和傳力途徑，檢驗構(gòu)造細(xì)節(jié)的可靠性，采用1:2幾何縮尺，進(jìn)行了節(jié)段模型試驗，重點研究了鐵路單線荷載、雙線荷載作用下橫梁、橋面板、U肋的應(yīng)力及變形規(guī)律。將試驗數(shù)據(jù)與所提出的計算方法進(jìn)行了對比分析，驗證了分析計算理論和方法的正確性。
　　最后，針對高速鐵路下承式鋼系桿拱橋正交異性鋼橋面，在理論分析的基礎(chǔ)上，針對正交異性鋼橋面疲勞應(yīng)力幅較大的部位，采用1:

6、1幾何縮尺、制作了包括橋面板、3個間U、2個橫梁及2個模擬系梁的疲勞試驗?zāi)Ｐ停ㄟ^疲勞試驗，驗證了鐵路活載作用下正交異性鋼橋面典型構(gòu)造的疲勞可靠性，表明本文所提出的正交異性鋼橋面構(gòu)造細(xì)節(jié)能夠滿足高速鐵路橋梁疲勞性能的要求。
　　通過本文的研究，對下承式鋼系桿拱結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)形式、橋面和關(guān)鍵節(jié)點構(gòu)造等方面進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析研究，通過模型試驗對正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)計算方法和分析成果進(jìn)行分析和驗證，較為系統(tǒng)地總結(jié)出高速鐵路下承式鋼系