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在城市现代化公路桥梁的建设项目中,出现了梁拱组合连续刚构桥这一新兴桥型。其主要思路是对箱梁根部腹板进行挖空,使上弦主梁趋于梁结构受力,下弦主梁趋于拱结构受力。该桥型形式美观,结构轻盈,有望克服常规连续刚构桥的下挠和开裂问题,增强桥梁的跨越能力。故本文以重庆礼嘉大桥为依托背景工程,针对梁拱组合刚构桥结构设计和受力特点,主要从以下几个方面进行设计参数的研究:
(1)依托背景工程,利用Midas/Civil有限元程序建立了有限元模型,通过静力分析得到其上下弦梁、三角融合区等内力分布特点。结合对类似桥型的构造特点分析,指出了其与类似桥型的异同点,对参数之间的耦合性进行了分析,筛选出边中跨比,净矢跨比,下弦梁底曲线幂次,下弦梁高跨比,跨中梁高等体现桥型设计特点的参数。结果表明:梁拱组合连续刚构桥的最大负弯矩出现在上下弦梁的融合区域,数值也相比同跨径的连续刚构桥较小。
(2)建立三跨梁拱组合连续刚构桥的计算模型,以上述参数作为研究变量,得到结构在恒载作用下各关键截面内力、应力,及自振频率的变化趋势,并提出合理的参数取值范围。定义弯矩比值,对结构在活载影响下的内力分布变化情况进行探讨。结果表明:不同设计参数的改变对结构的受力性能影响程度及规律各不相同;恒载对结构的内力分布起决定性作用;建议边中跨比取0.55~0.59,净矢跨比取0.09~0.12,下弦梁高跨比取1/64~1/42,下弦梁底曲线幂次取2.0次~2.5次,跨中梁高取1/60L~1/42L。
(3)针对多目标优化的传统方法,提出了考虑各内力指标权重后的加权功效系数法。并利用正交试验分析,对上述的四个重要参数通过正交表得到16组设计参数试验组合,以加权后功效系数最大为优化目标,对结构进行优化。结果表明:边中跨比0.58,净矢跨比0.12,下弦梁高跨比1/57,下弦梁底曲线幂次2.0次时,该设计参数组合加权后的总功效系数最大;与原设计方案相比下弦梁最大负弯矩降低了29.58%,跨中挠度降低了6.29%。
(1)依托背景工程,利用Midas/Civil有限元程序建立了有限元模型,通过静力分析得到其上下弦梁、三角融合区等内力分布特点。结合对类似桥型的构造特点分析,指出了其与类似桥型的异同点,对参数之间的耦合性进行了分析,筛选出边中跨比,净矢跨比,下弦梁底曲线幂次,下弦梁高跨比,跨中梁高等体现桥型设计特点的参数。结果表明:梁拱组合连续刚构桥的最大负弯矩出现在上下弦梁的融合区域,数值也相比同跨径的连续刚构桥较小。
(2)建立三跨梁拱组合连续刚构桥的计算模型,以上述参数作为研究变量,得到结构在恒载作用下各关键截面内力、应力,及自振频率的变化趋势,并提出合理的参数取值范围。定义弯矩比值,对结构在活载影响下的内力分布变化情况进行探讨。结果表明:不同设计参数的改变对结构的受力性能影响程度及规律各不相同;恒载对结构的内力分布起决定性作用;建议边中跨比取0.55~0.59,净矢跨比取0.09~0.12,下弦梁高跨比取1/64~1/42,下弦梁底曲线幂次取2.0次~2.5次,跨中梁高取1/60L~1/42L。
(3)针对多目标优化的传统方法,提出了考虑各内力指标权重后的加权功效系数法。并利用正交试验分析,对上述的四个重要参数通过正交表得到16组设计参数试验组合,以加权后功效系数最大为优化目标,对结构进行优化。结果表明:边中跨比0.58,净矢跨比0.12,下弦梁高跨比1/57,下弦梁底曲线幂次2.0次时,该设计参数组合加权后的总功效系数最大;与原设计方案相比下弦梁最大负弯矩降低了29.58%,跨中挠度降低了6.29%。