既有双曲拱桥内力分析及试验研究

论文摘要

双曲拱桥自从上世纪六十年代首次建成以来,以其突出的优点得到广泛的推广。随着运营年代的增长,由于其自身构造的缺陷,加之交通量的增加,许多双曲拱桥都出现了不同程度的病害和损伤。对既有双曲拱桥进行加固维护,或者进行承载能力的评价都需要对现存桥梁的实际受力行为进行精确的计算,如何借助荷载试验和理论分析对既有双曲拱桥进行内力分析备受关注。本文首先简单介绍了双曲拱桥的起源和发展及其内力分析的基本理论,分析了用样条曲线拟合拱轴线的合理性;研究了根据既有双曲拱桥实测数据,在ANSYS中用样条曲线拟合实际拱轴线的方法;其次,介绍了大型有限元应用软件ANSYS,分析了用ANSYS建立双曲拱桥模型的方法,并推导了实体单元SOLID95的工作原理;最后,以苏州市内的杏秀桥为工程实例,在探讨双曲拱桥常见病害的基础上,研究了在ANSYS中建立实桥实体仿真模型的方法,并通过静载试验,把理论值和实测值进行对比,验证了用本文所研究方法建立的考虑拱上建筑联合作用的实体模型所计算的结果接近既有桥梁的实际受力状态,同时也验证了用裸拱模型进行计算是偏安全的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 双曲拱桥的发展概述
• 1.2 双曲拱桥的构造特点及优缺点
• 1.3 双曲拱桥内力计算理论分析概况
• 1.4 本文研究的背景
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 双曲拱桥内力分析基本理论
• 2.1 设计拱轴线的确定
• 2.1.1 拱轴线选择的原则
• 2.1.2 悬链线拱的几何性质
• 2.2 双曲拱桥的计算理论
• 2.2.1 恒载内力计算
• 2.2.2 活载内力计算
• 第三章 桥梁结构有限元分析及用 ANSYS 建模的方法研究
• 3.1 有限单元法的基本思想及其发展历史
• 3.2 有限元分析在桥梁结构分析和仿真中的应用
• 3.2.1 有限元法在双曲拱桥计算中的运用
• 3.2.2 计入损伤后的双曲拱桥分析方法
• 3.2.3 有限元用于桥梁结构分析的优点
• 3.2.4 结构有限元的发展趋势
• 3.3 ANSYS 建模方法研究
• 3.3.1 ANSYS 简介
• 3.3.2 双曲拱桥在ANSYS 中的建模过程研究
• 3.4 SOLID95 单元的工作原理
• 3.4.1 位移函数
• 3.4.2 单元分析
• 3.4.3 等效节点载荷
• 3.5 有限元模型中对常见病害的处理方法
• 3.5.1 对变形后拱轴线的建模处理方式
• 3.5.2 对拱板开裂的处理方式
• 3.5.3 对横隔板开裂的处理方式
• 3.5.4 对腹拱圈开裂的处理方式
• 3.5.5 本节小结
• 第四章 杏秀桥静载试验研究
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 工程简介
• 4.1.2 拱轴线检测
• 4.2 荷载试验的目的和意义
• 4.3 静载试验测试截面及测点布置
• 4.4 试验荷载的布置及加载试验效率
• 4.5 试验加载工况、加载方法
• 4.6 荷载试验结果及分析
• 4.6.1 挠度测试结果
• 4.6.2 应力测试结果
• 4.6.3 试验结果分析
• 4.6.4 荷载试验结论
• 第五章 杏秀桥有限元模型计算分析
• 5.1 杏秀桥实体有限元模型的建立
• 5.1.1 拱轴线确定
• 5.1.2 拱轴线的拟合
• 5.1.3 空间仿真模型的生成
• 5.1.4 裸拱模型的生成
• 5.2 恒载内力分析
• 5.2.1 荷载的施加
• 5.2.2 边界约束
• 5.2.3 计算结果
• 5.3 计算值与试验结果的对比分析
• 5.3.1 挠度值比较
• 5.3.2 应力值比较
• 5.4 空间仿真模型和裸拱模型的结果对比分析
• 5.4.1 挠度对比
• 5.4.2 对比结果分析
• 5.5 小结
• 第六章 总结
• 6.1 结论
• 6.2 本文存在的问题
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文