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钢—混凝土接头受力性能及传力机理研究
作 者: 李金光
导 师: 盛兴旺
学 校: 中南大学
专 业: 桥梁与隧道工程
关键词: 刚架系杆拱桥 钢-混凝土接头 外露式接头 埋入式接头 解析法 有限元
分类号: U441
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 63次
引 用: 2次
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内容摘要
钢-混凝土接头作为混合拱桥最重要的结构节点之一,要求将钢拱肋结构和混凝土拱座结构连接成共同受力的有机整体,以便流畅地传递施工和使用阶段各种载荷产生的内力及变形,其设计与构造的合理性直接影响大桥的使用和结构安全,而有关拱结构钢-混凝土接头解析计算理论和方法从设计规范的角度分析,仍是属于薄弱环节,本文以昌九城际永修特大桥为背景工程,该桥是主跨结构为31.75+128+31.75m的刚架系杆拱桥,它是拱墩固结、梁墩分离、以拱受力为主、梁仅承受节间荷载和提供桥面系的结构体系。为确保钢-混凝土接头结构设计与构造的合理性、经济性和安全性,从解析法与数值分析法两个方面对对钢-混凝土接头进行分析,主要工作如下:1.将背景工程的拱结构钢-混凝土接头简化为外露式钢-混凝土接头,在文献收集、归纳的基础上,按传统外露式接头的解析理论分析了本工程接头中锚栓、承压板、混凝土等构件的抗压、抗弯和抗剪性能,并对其中存在的问题进行了分析,论证了类似背景工程的拱结构钢-混凝土接头不宜援外露式钢-混凝土接头进行结构设计。2.综合外露式接头的解析理论和有限元分析成果,提出了基于承压板与混凝土间反力折线分布模式并考虑局部应力的外露式接头的新解析法。3.采用了三角形反力分布和矩形反力分布两种模式的埋入式钢-混凝土接头计算方法对背景工程进行了解析分析。在矩形反力分布模式分析中建立了考虑钢-混凝土粘结力的影响的新算法。综合比较后,认为类似背景工程的拱结构钢-混凝土接头应采用设结合段的埋入式接头进行结构设计。4.针对背景工程钢-混凝土接头受力复杂的特点,采用空间有限单元法,建立了背景工程的拱结构钢-混凝土接头局部有限元模型,对应力结果进行分析,评价接头设计的合理性,探索了接头的传力规律。
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-9 第一章 绪论 9-22 1.1 钢-混凝土复合结构 9-10 1.1.1 复合结构分类 9-10 1.1.2 钢-混凝土复合结构的特点及应用 10 1.2 钢-混凝土混合结构在桥梁中的运用 10-13 1.2.1 混合拱在桥梁中的运用 11 1.2.2 混合梁在桥梁中的运用 11-13 1.2.3 混合桥塔在桥梁中的运用 13 1.3 钢-混凝土接头构造类型 13-18 1.3.1 钢与混凝土的连接 14 1.3.2 混合梁结构中的钢-混凝土接头 14-16 1.3.3 混合拱中的钢-混凝土接头 16-17 1.3.4 混合桥塔中的钢-混凝土接头 17-18 1.3.5 钢-混凝土接头研究现状 18 1.4 背景工程简介 18-21 1.4.1 总体结构 18-19 1.4.2 钢-混凝土接头构造 19-21 1.5 主要研究内容及思路 21-22 第二章 外露式接头力学性能理论分析 22-54 2.1 接头在轴力、弯矩作用下的受力分析 22-32 2.1.1 接头锚栓计算方法 22-27 2.1.2 接头承压板下混凝土压应力 27-28 2.1.3 接头承压板强度分析 28-32 2.1.4 传统分析方法中的问题 32 2.2 外露式接头抗压弯的有限元计算分析及其简化分析 32-38 2.2.1 有限元模型的建立 32-33 2.2.2 计算结果分析 33-38 2.3 接头在剪力作用下的受力分析 38-43 2.3.1 栓钉剪力连接件 38-40 2.3.2 开孔钢板剪力连接件 40-43 2.4 背景工程钢-混凝土接头按外露式的解析分析 43-53 2.4.1 锚栓拉力计算 43-49 2.4.2 承压板下混凝土压应力计算 49-50 2.4.3 承压板强度计算 50-52 2.4.4 抗剪强度计算 52-53 2.5 本章小结 53-54 第三章 埋入式接头力学性能理论分析 54-69 3.1 三角形反力分布模式的力学分析 55-59 3.1.1 基本假定 55 3.1.2 端面抗力分析 55-57 3.1.3 侧面抗力分析 57-58 3.1.4 拱肋埋入段的抗力表达式 58-59 3.2 矩形压力分布模式的力学分析 59-62 3.2.1 基本假定 59 3.2.2 埋入式接头的埋深计算 59-60 3.2.3 深埋接头的受力分析 60 3.2.4 浅埋接头的受力分析 60-61 3.2.5 钢与混凝土粘结作用对接头受力性能的影响 61-62 3.3 背景工程的钢-混凝土接头按埋入式的解析分析 62-66 3.3.1 三角形反力分布模式 62-63 3.3.2 矩形压力分布模式 63 3.3.3 考虑粘结力影响 63-64 3.3.4 承压板处截面承载力验算 64-66 3.4 构造要求 66-67 3.4.1 保护层厚度 66-67 3.4.2 加劲肋 67 3.5 本章小结 67-69 第四章 钢-混凝土接头有限元分析 69-79 4.1 概述 69 4.2 接头有限元模型的建立 69-72 4.2.1 模型概况 69-70 4.2.2 荷载工况及荷载处理 70-71 4.2.3 计算假定 71-72 4.3 计算结果分析 72-78 4.3.1 工况一 72-74 4.3.2 工况二 74-76 4.3.3 工况三 76-78 4.4 主要结论 78-79 4.4.1 接头应力 78 4.4.2 与解析法对比的综合评价 78 4.4.3 关于结构安全性和经济性评价 78-79 第五章 结语 79-82 5.1 本文主要工作 79 5.2 本文主要结论 79-81 5.3 需进一步进行的工作 81-82 参考文献 82-86 致谢 86-87 硕士研究生期间发表论文及科研情况 87
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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学
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