钢箱梁—树状钢管柱墩人行景观桥力学性能研究

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钢箱梁-树状钢管柱墩人行景观桥具有造型优美、受力合理等众多优点,越来越多的被应用于生态公园景点。然而目前对钢箱梁-树状钢管柱墩人行景观桥的研究还尚显不足,其力学性能的研究对其推广应用具有重要的意义。根据钢箱梁-树状钢管柱墩人行景观桥受力特点,本文研究采用隔离法,即分为桥跨结构与树状钢管柱墩两个研究对象。研究桥跨结构力学性能时,树状钢管柱墩对桥跨结构的作用可简化为树杈分支钢管对桥跨结构的支座约束作用;在研究树状钢管柱墩时,对桥跨支座反力特点进行分析,根据作用力与反作用力的原理反推树状钢管柱墩的受力特点,以此确定加载方案。对桥跨结构研究:本文结合软件Midas FEA,研究了圆心角、高差及跨度对桥跨结构动力特性、竖向加速度、von Mises应力以及挠度等力学指标的影响。然后基于简化模型误差不大于5%原则,提出了桥跨结构计算模型合理的简化方案。最后,以新疆奎屯某人行景观桥为例,验证了桥跨结构计算模型简化方案的可靠性。通过分析,可以得到以下结论:(1)桥跨结构竖向加速度取得最大值并非在桥跨结构的第一阶竖向自振频率等于人行激励荷载频率的时候。此外,桥跨结构舒适度难以满足规范,需采取减振措施。(2)在恒活荷载下,桥跨结构von Mises应力随着跨度的增大而呈指数曲线增大;在温度荷载下,桥跨结构von Mises应力随着跨度的增大平缓增大,变化幅度较小。(3)桥跨结构计算模型作忽略高差(坡度i≤14.28%)简化时,对各项力学指标造成的误差均小于5%。因此,桥跨结构(坡度i≤14.28%)进行结构设计时,计算模型可以直接作不考虑高差的简化。(4)圆心角不大于45°时,桥跨结构计算模型作忽略圆心角简化时,各项力学指标的误差均小于5%,计算模型可以直接作忽略圆心角简化,以直代曲。圆心角大于45°时,计算模型以直代曲简化造成的误差大于5%,不能直接作以直代曲简化,本文给出计算模型作以直代曲简化造成各项力学指标误差的范围。对树状钢管柱墩力学性能的研究:本文结合有限元软件ABAQUS,分析了在轴压及侧推荷载下,有无填充混凝土及填充混凝土强度等级、钢管壁厚对树状钢管柱墩破坏形态、承载力的影响。通过分析,可以得到以下结论:(1)在轴压及侧推荷载下,树状钢管柱墩首先出现屈服区域在钢管节点处和主树干根部。(2)树状钢管柱墩钢管内填充混凝土后,其轴压承载力及抗侧移承载力均有较大幅度的提升,其中轴压承载力的提高更明显。(3)随着填充混凝土强度等级的提高,树状钢管柱墩承载力提高幅度较小。(4)与有无填充混凝土及填充混凝土强度等级等因素无关,树状钢管柱墩承载力均随着钢管壁厚的增大而线性增大。(5)随着钢管壁厚的增加及填充混凝土强度等级提高,树状钢管柱墩填充混凝土对承载力的提高幅度减小。
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