高速鐵路正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)形式、受力性能和設(shè)計計算方法研究.pdf

1、正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)具有自鶯輕、整體性好、承載能力大、行車舒適性好的特點，因而在國內(nèi)高速鐵路大跨度橋梁和公鐵兩用橋梁上應(yīng)用越來越多，發(fā)展很快。本文在鐵道部科技研究開發(fā)計劃課題《客運專線橋梁設(shè)計技術(shù)研究--客運專線橋梁正交異性板整體鋼橋面系技術(shù)研究》(合同編號2008G007-B)的資助下，以京滬高速鐵路南京大勝關(guān)長江大橋、阜景鐵路安慶長江鐵路大橋和渝利鐵路韓家沱長江大橋等為例，采用理論分析、有限元對比分析和模型試驗相結(jié)合的方法，對正交

2、異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)形式、受力性能和設(shè)計計算方法等作了較為系統(tǒng)的研究，主要取得如下創(chuàng)新性成果：
　　 1、研究了縱肋形式(板肋、倒T肋和U肋)對正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)受力性能和穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明：在加勁肋本身用鋼量和豎向抗彎剛度相等的情況下，各種相同荷載工況下，三種形式縱肋加勁的正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)豎向位移的差別不大于1.4％；橫向位移的差別不大于5.1％，U肋方案橫向剛度較大；橋面系應(yīng)力差別一般不大于6.7％；U肋方案的彈

3、性整體穩(wěn)定系數(shù)一般較其它縱肋形式方案大23％以上；不同縱肋形式均可應(yīng)用于正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)，但U肋在剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性諸方面都表現(xiàn)良好。
　　 2、研究了U肋高度、鋼橋面板(U肋翼板)厚度、U肋厚度和橫梁腹板厚度等不同參數(shù)對正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)受力性能和穩(wěn)定性的影響，給出了上述各參數(shù)合理取值范圍。提出了U肋設(shè)計參數(shù)匹配的“合理普適度”概念和計算公式，在上述各設(shè)計參數(shù)合理取值范圍內(nèi)，綜合考慮結(jié)構(gòu)剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性(用

4、鋼鼉)諸因素，計算合理普適度，給出了三組最合理的U肋設(shè)計參數(shù)匹配。
　　 3、研究了只在下弦節(jié)點設(shè)置橫梁的縱橫梁體系正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)的受力特性和適用性。結(jié)果表明：在橋面荷載作用下，縱橫梁體系鋼橋面結(jié)構(gòu)下弦桿受力較小、負(fù)擔(dān)較輕，縱梁(肋)、橫梁面內(nèi)受力和變形較大，橋面系參與第一系統(tǒng)作用的程度要大于下弦桿，橫梁面外受力和變形較大；需設(shè)置較大截面的縱、橫梁，適用于對橋面系建筑高度限制要求不嚴(yán)的，跨度較小的橋梁。
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5、、研究了在下弦節(jié)點和節(jié)間跨中均設(shè)置橫梁的多橫梁和密布橫梁體系正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)的受力特性和適用性。結(jié)果表明：在橋面荷載作用下，多橫梁和密布橫梁體系鋼橋面結(jié)構(gòu)下弦桿受力較大、負(fù)擔(dān)較重，縱梁(肋)、橫梁面內(nèi)受力和變形較??；多橫梁體系橋面系參與第一系統(tǒng)作用的程度略小于下弦桿，橫梁面外受力和變形較小，可設(shè)置截面較小的縱、橫梁，適用于對橋面系建筑高度限制要求較嚴(yán)的、大、特大跨度的橋梁；密布橫梁體系橋面系參與第一系統(tǒng)作用的程度略大于下弦桿，橫梁

6、面外受力和變形也較小，一般不設(shè)置縱梁，橫梁截面可更小，適用于對橋面系建筑高度限制要求更嚴(yán)的(如：曲線橋)、中、大跨度的橋梁。
　　 5、推導(dǎo)了正交異性整體鋼橋面系桿件的鋼橋面板有效寬度表達(dá)式，進(jìn)而提出了正交異性整體鋼橋面結(jié)構(gòu)的空間桿系結(jié)構(gòu)簡化計算方法-SFSM法(Space Frame Simplifled Method)。通過算例驗證，該法可大大減少計算量，且準(zhǔn)確度較高，可應(yīng)用于橋梁設(shè)計的開始階段和中期階段。
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7、、提出了第二系統(tǒng)作用下正交異性整體鋼橋面系桿件平面梁簡化計算方法-PBSM法(Plane Beam Simplifled Method)，給出了計算參數(shù)圖表。該法根據(jù)計算參數(shù)圖表將橋面系桿件簡化成為平面梁模型來計算內(nèi)力和應(yīng)力。通過算例驗證，該法簡便易行，具有一定的準(zhǔn)確度，可應(yīng)用于橋梁設(shè)計的開始階段。
　　 7、取安慶長江鐵路大橋三個節(jié)間橋面系為研究對象，制作了3節(jié)間的1:4縮尺節(jié)段模型，對多種形式橋面結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗，驗證了正變異