高速铁路大跨度钢箱叠合拱桥理论研究与实桥试验

【摘要】随着桥梁设计理论的进步、施工技术的提高,人们对于桥梁设计的要求,不再仅仅是从安全与适用的角度,而是从桥梁美学的角度提出更高的期望,叠合拱桥因跨越能力强、刚度大、造型美观、桥下净空较大等特点,在高速铁路桥梁得以应用。叠合拱桥是一种将组成主拱肋的上、下拱肋部分分离,且拱脚分设在不同墩台上或同一墩台上的拱桥体系。本文在总结国内外大跨度钢拱桥发展与研究成果的基础上,以哈大高速铁路新开河桥为工程背景,对高速铁路钢箱叠合拱桥结构的设计、实桥试验以及吊杆锈蚀损伤的结构安全评估等关键问题进行了系统的研究。首先,对新型的叠合拱桥结构体系的梁拱协作机理与简化实用计算进行了研究。通过对均布荷载作用下叠合拱桥结构连接杆与吊杆的有限元分析结果进行归纳分析,做出吊杆内力大小相等、连接杆内力大小相等的假定,将吊杆与连接杆内力假定为膜张力,将叠合拱桥结构分为梁拱组合体、吊杆与连接杆三种构件,基于变形协调方程,求解出了均布荷载作用下叠合拱桥结构体系的吊杆与连接杆均布膜张力以及拱肋与主梁挠度的简化公式,并对公式进行误差分析与修正。其次,针对高速铁路钢箱叠合拱桥结构体系进行了全面的研究。以哈大新开河桥为工程背景,采用有限元数值方法系统地研究了高速铁路钢箱叠合拱桥结构动静力力学行为与稳定性能。分析了矢跨比、拱肋内倾角、横撑布置形式、吊杆布置形式与拱肋系梁刚度比等结构设计参数对钢箱叠合拱桥结构力学行为的影响。考虑设计中对于梁端转角的验算,基于改善的响应面法,对高速铁路钢箱叠合拱桥梁端转角进行了可靠性评估。再次,基于哈大高速铁路新开河桥的实桥试验,对高速铁路钢箱叠合拱桥施工阶段进行计算分析,结合倒拆分析法,分析吊杆的施工阶段的内力,保证最终的成桥状态满足设计要求。由于对主桥的全面有效的实桥测试,不仅保证施工的安全,更得到大量很有价值的数据,为进一步分析和研究创造了有利条件。最后,计算分析了吊杆损伤对高速铁路钢箱叠合拱桥结构动静力力学行为与稳定性能的影响。基于区间概率可靠度分析理论,建立锈蚀损伤钢构件失效模式的分析模型,计算分析该构件各失效模式的区间失效概率,证明了区间概率在钢结构的锈蚀损伤安全评估中的适用性。基于吊杆锈蚀损伤的模型,计算分析了新开河桥在运营阶段的结构安全性能。通过本文的研究,对高速铁路钢箱叠合拱桥结构体系、结构形式、简化计算、实桥试验、吊杆损伤的结构安全评估等方面进行了较为系统的分析研究,为叠合拱桥的设计、施工与运营阶段结构的安全评估提供依据和参考。
【作者】张坤；
【导师】雷俊卿；
【作者基本信息】北京交通大学，桥梁与隧道工程，2014，博士
【关键词】高速铁路；钢箱叠合拱桥；实用计算；结构参数；梁端转角；施工控制；吊杆损伤；区间概率；

【参考文献】
[1]刘超.泥石流作用下砌体结构的破坏机理和防倒塌分析[D].兰州理工大学,结构工程,2013,硕士.
[2]马雪净.营运资金的重分类及综合绩效评价研究[D].宁波大学,企业管理,2014,硕士.
[3]闫佳玲.施译本《骆驼祥子》异化策略使用：分析与批评[D].沈阳师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[4]杨亚频.政府投资项目决策系统演化机理及其仿真研究[D].中南大学,2012.
[5]和海霞,汤童,田卫方.基于HJ-1CCD数据的黄河宁夏段凌情监测方法[J].人民黄河,2014,07:45-47+94.
[6]JackielouNi(?)aR.Dellosa.菲律宾达沃华人社会：移民历史、生活与适应[D].厦门大学,国际关系,2014,硕士.
[7]游俊.黄骅拗陷中区异常压力带的分布及其形成机制[J].石油地球物理勘探,1997,S1:141-147+164-194.
[8]赵欣.中学文言文教学现状与对策研究[D].延安大学,语文课程与教学论,2014,硕士.
[9]王晶.虚拟座舱人机界面仿真[D].北方工业大学,检测技术与自动化装置,2013,硕士.
[10]赵德娟.论V.S.奈保尔小说中模仿者的文化身份[D].南京大学,比较文学与世界文学,2013,硕士.
[11]王春燕,刘少民.建立动态系统规则模型方法[J].自动化学报,1991,03:354-358.
[12]刘英.中学化学学习指导的理论与方法[D].曲阜师范大学,课程与教学论,2004,硕士.
[13]杨波.探析中国当代乡土风情油画的图式表现[D].西南大学,美术学,2013,硕士.
[14]王植宁.动漫形象在商业广告中的营销与传播策略探究[D].中南民族大学,传播学,2013,硕士.
[15]季光献,张颖江.面向车载网的基于AOMDV优化路由协议的研究[J].计算机工程与应用.
[16]王健.城市中心商业区步行系统规划研究[D].西安建筑科技大学,城市规划与设计,2004,硕士.
[17]颜雪松.关联规则的并行开采研究[D].中国地质大学,计算机应用技术,2003,硕士.
[18]蒋金洋.城乡结合部社区增量民主发展研究[D].西南交通大学,中外政治制度,2013,硕士.
[19]马海涛.HF7整车燃油经济性提升研究[D].吉林大学,动力工程,2012,硕士.
[20]李京.绕口令辅助对外汉语语音教学的实验研究[D].广西民族大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[21]赵天忠,李慧丽,陈钊.森林资源信息集成系统解决方案的探讨[J].北京林业大学学报,2004,02:11-15.
[22]沈凯.利用紧束缚近似法计算无边界石墨烯的电子能级[J].江苏教育学院学报(自然科学版),2009,03:23-27.
[23]刘兴元.Li_2O-Nb_2O_5-TiO_2微波介质陶瓷及低温烧结研究[D].浙江大学,材料学,2004,硕士.
[24]杨红伟.微灌工程CAD软件研究[D].西南农业大学,农业机械化工程,2004,硕士.
[25]崔瀚钰.基于无模型自适应控制的足球机器人目标追踪系统设计[D].北京交通大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[26]蒲仁海.前积反射的地质解释[J].石油地球物理勘探,1994,04:490-497+534.
[27]赵春雷.论我国假释制度的完善[D].黑龙江大学,法律,2012,硕士.
[28]刘康.AlN纳米结构的制备与表征[D].哈尔滨工业大学,工程力学,2014,硕士.
[29]胡佳.考虑风险公平性的固体危险废物回收路径优化问题研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[30]董文博.锻炼意向和锻炼行为的关系—自我认同和锻炼承诺的增值贡献[D].北京体育大学,应用心理学,2013,硕士.
[31]陈翰.彩云阁：基于用户模型的服务组合平台[D].复旦大学,计算机软件与理论,2012,硕士.
[32]王飞,钟铁毅,乔小帅,李圣.两种抗剪理论在节点拟静力试验数值模拟中的应用[J].地震工程与工程振动,2014,S1:593-596.
[33]侯婕.北京西山岩溶水可开采资源量评价[D].首都师范大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[34]张璋.对李斯特艺术歌曲《罗蕾莱》音乐与演唱风格的探索[D].中央音乐学院,声乐,2012,硕士.
[35]冯莉.新形势下提高选人用人公信度对策研究[D].内蒙古大学,公共管理,2013,硕士.
[36]田中大1,李树江1,王艳红1,高宪文2.经验模式分解与时间序列分析在网络流量预测中的应用[J].控制与决策.
[37]魏从杰,段芳,倪忠斌,李晓婷,陈明清.聚苯胺纳米纤维/石墨烯复合物的制备及其电化学性能[J].功能材料,2013,04:562-565.
[38]易中,袁承志.北京地铁14号线施工振动分析[J].建筑技术开发,2011,02:32+45.
[39]丛淑琴.零售药店承接医疗机构药房服务功能评价指标体系的研究[D].山东大学,制药工程（专业学位）,2012,硕士.
[40]薛斌.复合型混凝土养护剂的制备及性能研究[D].长安大学,道路材料科学与工程,2014,硕士.
[41]许莉.新型化学修饰碳糊电极对核苷酸物质的电化学测定[D].青岛科技大学,应用化学,2012,硕士.
[42]李晨阳.基于鹤岗市“3052”建设项目的高边坡监测方法研究[D].长安大学,测绘工程（专业学位）,2014,硕士.
[43]刘长城.人源化肝脏嵌合体小鼠模型的建立及MSC介导的免疫抑制作用在肝细胞移植中的应用[D].第二军医大学,细胞生物学,2013,硕士.
[44]杨敬.疾病预防控制机构应急能力结构分析及建设策略[D].浙江大学,企业管理,2003,硕士.
[45]杨美燕.茶多酚静脉注射剂高效液相色谱和分光光度分析研究[D].大连理工大学,应用化学,2004,硕士.
[46]赵希才,李九虎,曹冬明,吴殿峰.2010年国际大电网会议系列报道电力系统保护与自动化[J].电力系统自动化,2010,24:1-4+17.
[47]邵方.当代大学生精神贫困现象研究[D].内蒙古科技大学,思想政治教育,2013,硕士.
[48]李焕焕.新时期以来文学批评的启蒙价值观研究[D].沈阳师范大学,文艺学,2014,硕士.
[49]王雨辰.可变利益实体（VIE）模式相关法律问题研究[D].首都经济贸易大学,经济法学,2014,硕士.
[50]朱鑫.论我国密摄密录制度之构建[D].广东财经大学,诉讼法学,2014,硕士.