论文题目：圆铰式框架桥力学特性及疲劳分析
摘要：近年来,框架桥被广泛应用于解决公路与铁路线路交叉的问题。随着绿色工程理念逐步推广,有关部门从国家层面鼓励和发展装配式建造技术。四构件的圆铰式框架桥是一种新型装配式结构,特殊的预制和组装过程,使其较现浇桥拥有施工工期短、桥体制作工艺好、不受现场环境因素影响、绿色环保等优势。分体式设计和接头对插的安装形式,使圆铰桥的力学性质尚不明确,加强新型结构的力学性能研究,对圆桥的推广和建设至关重要。本文将绿色工程理念和装配式技术应用于下穿铁路工程,分析圆铰式框架桥的力学特性和疲劳性能,主要研究内容及成果包含以下四个方面:（1）在非线性理论基础上,对圆铰桥进行有限元仿真,通过与现浇桥对比分析,给出圆铰桥成桥和使用工况的构件变形规律和应力分布特点,通过与现场监测数据交叉比对,印证计算原理和仿真技术应用的准确性。考虑材料和结构边界非线性,解析铰接头的接触现象,针对桥体构件应力集中区域提出加强配筋方案。研究表明:设置的铰缝使桥体局部刚性减弱,两工况下顶板变形不同程度大于现浇桥,其中成桥工况顶板竖向位移涨幅为20.4%。分体式设计让铰接头产生相对转动,释放顶板表面应力的同时,造成伸出部分外侧表面产生应力集中现象。（2）以原设计为基础调整斜交角、顶板覆土厚度、宽跨比和顶板伸出长度等参数,研究主要设计参数对圆铰桥位移和应力的影响。通过正交试验得到设计参数的影响程度排序,提出多因素多水平下圆铰桥的最优设计方案。研究表明:主要设计参数对顶板主应力的影响程度由大到小依次为:斜交角度、顶板覆土厚度、顶板伸出长度和宽跨比,优化后的结构在成桥和标准工况下,顶板主应力值较原结构分别减少33.4%和20.9%。（3）采用Ritz向量法计算出圆铰桥主要振型、周期和频率。结合场地特征选取三条地震波,利用非线性时程分析法,计算圆铰桥在地震荷载下的动力响应,研究表明:圆铰桥在地震作用下整体刚性略逊于现浇桥,现浇桥的顶、底板位移值较圆铰桥分别减小53.4%和40.9%。但圆铰桥构件延性较好,出现大变形时刻晚于现浇桥。铰结构相对转动和摩擦开裂,将部分能量转化为热能传递到外部空间,使圆铰桥的耗能能力和结构延性有所提高。构件的阻尼耗能不同程度大于现浇桥,其中顶板和边界耗能较现浇桥分别增大148%和105%,结构整体阻尼耗能是现浇桥的1.66倍。（4）结合线性损伤Miner准则,将仿真结果中桥梁最不利位置取为疲劳关注点,将疲劳列车加载至实体单元节段,并进行列车耦合作用下的疲劳分析,得到疲劳关注点的损伤程度和圆铰桥的预估疲劳寿命。从交通量增长、列车增重和列车提速三方面入手,得到圆铰桥在交通增长背景下的累积疲劳损伤趋势。
关键词：圆铰式框架桥;受力特性;斜交角;疲劳;滞回耗能
学科专业：土木工程
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 框架桥的发展和现存问题
1.2 国内外框架桥研究现状
1.2.1 框架桥结构研究现状
1.2.2 装配式桥梁的发展与特点
1.2.3 圆铰式框架桥研究现状
1.3 本文研究意义与内容
1.3.1 研究意义
1.3.2 研究方法及主要内容
1.3.3 技术路线
第二章 圆铰式框架桥受力变形特性研究
2.1 工程概况
2.1.1 工程背景
2.1.2 结构形式及设计参数
2.2 有限元模型的建立
2.2.1 Midas Civil简介
2.2.2 混凝土的本构模型
2.2.3 模型建立
2.2.4 边界条件选取
2.2.5 高斯积分点选取及计算
2.2.6 荷载取值及活载土压力计算公式优化
2.3 圆铰式框架桥的受力变形规律
2.3.1 圆铰式框架桥变形规律
2.3.2 圆铰式框架桥受力特性
2.3.3 圆铰结构受力接触行为
2.3.4 圆铰式框架桥现场监测
2.3.5 圆铰式框架桥配筋计算
2.4 本章小结
第三章 主要设计参数对圆铰式框架桥力学性能影响
3.1 斜交角度
3.1.1 圆铰桥内力变化规律
3.1.2 圆铰桥位移变化规律
3.1.3 斜交角对应力分布的影响
3.2 覆土厚度
3.2.1 圆铰桥位移变化规律
3.2.2 覆土厚度对应力分布的影响
3.3 宽跨比
3.3.1 圆铰桥位移变化规律
3.3.2 宽跨比对应力分布的影响
3.4 顶板伸出长度
3.4.1 圆铰桥位移变化规律
3.4.2 顶板伸出长度对应力分布的影响
3.5 正交试验
3.5.1 正交试验法
3.5.2 试验设置
3.5.3 确定优化方案
3.6 本章小结
第四章 圆铰式框架桥动力响应分析
4.1 特征值分析
4.1.1 多重Ritz向量法
4.1.2 圆铰式框架桥模态分析
4.2 动力计算分析
4.2.1 动态时程分析法
4.2.2 地震波的选取
4.2.3 地震作用响应分析
4.3 本章总结
第五章 圆铰式框架桥在列车作用下的疲劳特性
5.1 疲劳损伤理论
5.1.1 材料S-N曲线
5.1.2 应力时程计算方法
5.1.3 应力-寿命评估法及损伤理论
5.1.4 混凝土疲劳损伤演化方程
5.2 圆铰式框架桥疲劳寿命评估
5.3 交通增长引起的桥梁累计疲劳损伤
5.3.1 疲劳寿命随车重变化的规律
5.3.2 运行时速对疲劳寿命的影响
5.3.3 交通量增长对疲劳寿命的影响
5.4 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢