刚性悬索加劲钢桁梁桥是一种新型的桥梁结构形式,具有外形美观,重力刚度大,稳定性好等优点。但是由于其节点连接采用刚性较大的整体节点技术,这也给其结构的受力计算带来了一系列问题,主要包括整体节点细部应力的分析、焊接残余应力的模拟及整体节点刚度对结构总体受力的影响等。 本文以东莞市东江大桥这一我国首座刚性悬索加劲钢桁梁桥为工程背景,对该类桥型的整体节点区域进行了深入的研究,并进行了一1:2比例的节点模型试验,在此基础上,引入高强螺栓连接处的弯矩转角关系,建立了针对这一特殊桥型的空间计算模型,最后对整体节点焊缝区域残余应力的测试与预测进行了较为详尽的研究,主要完成了以下的研究工作： (1)构造了一种8节点的实体板单元,采用一种用于分析非线性接触问题的模型,模拟整体节点区域的高强螺栓连接。并通过UPFs的二次开发技术,在大型通用有限元软件平台上,完成了用户单元的实现,计算得到节点处的应力分布情况,并通过二组高强螺栓拼接接头的拉伸试验,验证了该方法的正确性。 (2)建立了整体节点的细部分析模型,对大节点板的应力状态、螺栓连接区各板件的应力状态、螺栓连接接触面的摩擦力分布以及各排螺栓的传力比等进行了细致的研究。并通过一特殊节点的1:2大型模型试验,由应力测试结果验证该计算模型,并为该类整体节点的设计与应力分析提供极为珍贵的试验数据。 (3)研究了主桁杆件通过高强螺栓与整体节点相连的受力特性,并针对符合这一构造要求的连接形式采用了一种计算整体节点和弦杆连接处M-φ曲线的简化方法,来修正空间梁单元的刚度矩阵,以此来充分考虑整体节点刚性对于全桥结构受力的影响。最后把成果直接应用于东江大桥这一特大型的刚性悬索加劲钢桁梁桥的设计复核上。 (4)采用间接耦合的方法对大量焊接试件模型进行了三维有限元数值模拟,定量的得到了不同焊接工艺参数对焊后残余应力大小的影响规律,然后根据数值模拟结果,采用指数函数对焊接残余应力进行拟合,得到了预测不同焊接接头纵向残余应力的估算公式。并设计了一组试验,验证了该估算公式的正确性。 (5)设计了东莞东江大桥的E16节点的1:1残余应力测试模型,采用盲孔法实测了其主要焊缝区域的残余应力分布,得到了该节点主要焊缝区域的残余应力大小及分布规律,为整体节点制造过程中残余应力的消除提供了依据,并为整体节点设计中充分考虑残余应力的影响提供了可能。 (6)采用估算公式对东江大桥的主要杆件及连接节点的残余应力进行了预测,对全桥的残余应力状态有了全面的了解。