空心板框架桥结构受力特性与结构设计的研究

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1、空心板框架桥结构受力特性与结构设计的研究1绪论1.1研究背景框架桥作为现代化城市基础设施之一，它与我们人类的日常社会生活和生产密切相关。它的出现，对人类科技进步史而言，具有非常重要意义。近年来，我国道路桥梁的建设，有着突飞猛进的发展。广大人民群众的生活水平步入了一个新台阶，人们的物质生活得到了极大的丰富和满足，对改善周围生活环境的期望值，也随之升高。框架桥具有的美学价值，逐渐得到人们的注重和审视。框架桥是实用性与美学相结合构建的景观建筑，受到广大群众的密切瞩目。随着我国城市化建设的发展和科学技术的不断进步，大量农村人口涌入城市，大大增加了城市人口的密度。但由于，很多发展中

2、城市交通建设相对滞后，特别是我国的铁道建设相较于发到国家比较晚，早期的铁路线路规划设计和施工，都未能想到公铁交叉问题，近年来的扩张中在这里没有设计预留位置，造成道路运输的拥堵[7]。大多数的这种交叉，影响了城市交通的畅通，这是造成交通不畅甚至瘫痪旳主要原因之一。所以，平改立成为了一个刻不容缓的任务。考虑到城市道路在交通运输中所占据的重要位置以及路网规划的长远发展，要求框架桥建设得更大、更宽，更能适应社会发展，但现在加大结构的断面尺寸来达到这一目的，不仅增加了结构的自重和顶力，无形中也增加了施工的难度和工程造价。如何降低对既有线路的行车影响，建造出满足远期规划的框架桥，且使

3、框架桥准确、快速顶进就位等，成为了框架桥设计和施工控制中亟待解决的问题。..1.2国内外研究现状上个世纪六十年代后期，框架桥就开始在我国蓬勃发展。而后，随着京津冀等地区的大型框架桥的顶进成功，更加验证了我国框架桥设计与施工技术水平已步入了新的高度。文献[8]中我们可以看到，我国在施工方面跟国外的现有水平相比还是存在距离的，但是这种差距并不大，只要努力去做去研究，可以在不长的时间里赶上去。从赵启儒[2]的相关文献中看出，我国于1976年2月、1977年10月、1977年12月和1979年9月，在全国各地召开了框架桥大中型会议，会议先后提出了一些在设计和施工中所遇的难题、现有

4、原型框架桥的缺点和不足，并总结了框架桥的设计和施工的经验与技术，为加快推进框架桥领域的发展起到了积极作用。在设计方面，目前，国内研究人员对空心型框架桥结构的合理形式研究较少，现有的研究主要有：罗杰等人[3]在有限元理论的基础上，通过建立三维模型，在侧墙外土体、桥体与塾层、变形缝之间设置接触，来模拟它们的共同作用，对原型框架桥和空心型箱型框架桥结构，运用数值模拟对它们在常态情形下的力学特征等进行比对分析，进而得出框架桥与周围土体的最大主应力、位移和位置，此法某种意义上为空心板框架桥的设计，提供了理论依据。欧阳章智等人，将板桥和房建中应用较为广泛的现绕空心板的相关原理，引入运

5、用到框架桥中，提出了空心型框架，模型如图1.1所示（必须说明的是这种结构布置是不合理的，运用力学知识可知框架桥是横向受弯结构，这种空心管的布置形式会消弱结构的承载力，不利于结构抗弯抗剪）。将箱体的顶板和侧墙沿着横向挖孔，利用ANSYS有限元软件，分别对原型框架桥、空心型框架桥与周围土相互作用建模，研究空心板框架桥的土体位移和应力的分布规律，总结出空心板框架桥的周围土体沉降和桥体最大竖向位移都减小的结论，依此认为这种结构是合理可行的。.2空心板框架桥截面尺寸合理性研究2.1空心板概述空心板顾名思义就是将结构横截面做成空心的，这样与相同跨度的实心板相比最明显的优势就是自重轻，

6、因而广泛应用于房屋建筑以及中小跨径的桥梁中。其空心截面形式有多种，如图2.1所示：对房屋建筑来说，由于板厚一般较小，其截面形式大多都是圆形的；对空心板桥来说，主要有圆形，梯形以及多边形等多种截面形式，在此就不一一叙述。空心板最开始大都是预制的，这一技术在19世纪就己应用在房建上。但预制的空心楼板有很多局限，在上个世纪80年代后，我国提出了现绕空心板这一技术，采用轻质高强薄壁管填充于楼板中，将其与楼板、框架一起饶筑[17]。这种新技术保留了空心板的优势的同时解决了预制板梁抗震性差、整体性不好等问题。近四十年来，随着国内外学者和工程技术人员对现饶空心板的不断研究，对其设计施工

7、等都有了比较完善的理论。现饶空心板这一新技术符合且能满足当前市场竞争的需求，己经被建筑行业各部门广泛接纳，并被住建部、城乡建设部、建设厅等列为重点推广的新技术，国家和地方出台了很多的相关规范文件，其发展前景是不可估量的。而这一新技术在框架桥中的应用研究还比较鲜见。2.2空心板框架桥截面尺寸拟定空心板框架桥的截面形式和孔径尺寸与一般框架桥的拟定方式类似，对于框架桥这种超静定结构，在分析它的内力时，必须先假定构件截面，然后进行计算。如果设定的截面不恰当，就会出现截面过大或者强度不够等与实际不符的现象_。在假定结构构件截面尺寸之初，