面向双层交通的混凝土箱梁受力机理及设计方法研究

The double-deck concrete box section member can be improved reasonably from the traditional concrete box girder by keeping the necessary clearance in the box, canceling the diaphragms and installing necessary web openings. Therefore, the floor deck system could be used for a bridge deck system to achieve double-deck traffic. The double-deck concrete box, which can improve traffic efficiency and conditions in the limited space of cities, provides a new structure type for multilane combined rail and road, urban light rail and grade separate traffic construction. Research on the mechanical behavior and design theory of concrete double-deck concrete box section members will be conducted, such as the bearing capacity under double-deck load, the distortion effect causing by cancelling the conventional transverse diaphragm, and local stress concentration resulting from the necessary web openings and so on. Based on experimental study, a reasonable analysis model will be found by FEM. Furthermore, the whole process simulation and parameter analysis will be conducted to obtain the bearing rule. Then the practical calculation formula and design theory will be proposed. The projects will provide experimental and theoretical basis for the application of double-deck concrete box girder member for achieving double-deck traffic for city bridges.

面向城市桥梁双层交通的混凝土箱梁是通过合理改善普通混凝土箱梁结构体系，保持必要的箱内净空，取消常规设置的横隔板，并在腹板上开设必要的孔洞，将其顶、底板均作为桥面系，实现双层交通。该类双层桥可使城市桥梁在有限的土地资源及布置空间内极大地提高交通效率、改善桥梁通行条件，为城市多车道公铁合建及城市轻轨、立体交通建设提供新的结构型式。面向城市桥梁双层交通开展混凝土箱梁受力机理及设计方法研究，重点试验研究其在双层荷载作用下的整体受力性能、因无法设置常规横隔板而产生的畸变效应和因腹板开设必要孔洞而引起的局部应力集中等问题。在此基础上，建立合理的分析模型，进行非线性有限元全过程试验模拟分析和大量的参数分析，得出其受力规律，从而提出适用计算公式和设计理论。项目研究为双层交通混凝土箱梁相关设计规范的编制、实现城市桥梁双层交通混凝土箱梁应用，提供试验依据和理论基础。

本项目针对城市双层交通混凝土箱梁桥的受力机理及设计方法展开研究。研究成果可为双层交通混凝土箱梁相关设计规范的编制及其在城市桥梁中的应用，提供试验依据和理论基础。本项目主要取得了以下结论：1）结合已有箱梁设计理论、城市路桥技术规范以及相关文献设计出了可以满足实际功能需求的小跨径双层交通混凝土箱梁桥，并建立了双层交通混凝土箱梁桥设计的基本步骤。2）荷载作用于箱梁顶板时各截面顶、底板的剪力滞效应较荷载作用于底板时更严重。因此，当考虑剪力滞效应对双层交通简支箱梁进行设计时，应考虑荷载全部作用于顶板的最不利情况。3）混凝土箱梁腹板不宜开设较大的矩形孔洞，而应分散开设圆形或椭圆形孔洞，并加强其孔洞周围混凝土的配筋，同时箱梁模型腹板开孔率不宜大于15%。4）箱梁内设加劲肋时，箱梁边箱室加载时将发生较大转动和畸变变形。因此，当对箱梁进行抗扭、抗畸变设计时应按单个箱室考虑，不宜考虑三个箱室的协同工作。5）本项目在结构拓扑优化方面也进行了初步的研究，提出了一种改进算法，即WESO方法。利用WESO方法对二维和三维的双层交通桥梁结构进行了结构拓扑优化分析，得到了一些有启发性的结果。6）基于位移挠度法得到了箱梁纵向框架的荷载分配系数，用于荷载横向分配的简化计算。对于箱梁在不同位置处的加载，可将其等效为中节点和边节点的组合加载，从而计算出每榀纵向框架所承受的荷载。