钢管混凝土拱梁组合桥稳定性研究

论文摘要

梁拱组合体系是对传统拱桥的发展,是梁桥和拱桥的结合体,集合了两者的优点。随着钢管混凝土在拱桥中的应用,梁拱组合桥在我国得到了广泛的应用。但是,梁拱组合体系桥梁作为一种新型结构体系,相对于工程实践,其设计理论相对滞后且随着跨径的增大,稳定性问题变得越来越突出,本文对这一结构体系的稳定性进行了分析。本文以兰渝线广元嘉陵江大桥为研究对象,采用有限元分析软件MIDAS建立全桥的空间有限元模型。对施工阶段、成桥阶段及运营阶段的弹性稳定性进行了分析。并分别讨论了矢跨比、拱肋内倾角、横撑布置形式及刚度、拱肋自身刚度、主梁刚度等因素对稳定性的影响,给出了各因素对稳定性的影响趋势,对以后同类桥型的工程设计有指导意义。利用Ansys大型有限元分析软件对该桥进行了非线性稳定分析,分析的结果表明：线性特征值屈曲分析的安全系数明显偏大,可能产生非保守的结果；几何非线性对主拱结构稳定性能的影响不大；材料非线性对结构稳定的影响更加显著；考虑双重非线性因素计算出的临界荷载值要远小于仅考虑材料非线性和仅考虑几何非线性的分析结果,因此在梁拱组合结构的稳定性分析中必须考虑几何、材料双重非线性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 拱桥及梁拱组合式桥梁的发展历史与现状
• 1.2 梁拱组合式桥梁的主要形式
• 1.2.1 按桥面位置划分
• 1.2.2 按结构纵向受力体系划分
• 1.2.3 按拱肋横向受力体系划分
• 1.2.4 按拱梁刚度划分
• 1.3 梁拱组合式桥梁的发展现状
• 1.4 梁拱组合式桥梁面临的问题
• 1.4.1 拱桥的分析理论及其应用
• 1.4.2 钢管混凝土结构的应用中的问题
• 1.4.3 结构构件的收缩徐变问题
• 1.4.4 梁拱组合桥的稳定性问题
• 1.4.5 拱脚节点的局部应力分析
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 拱桥稳定计算理论研究
• 2.1 概述
• 2.2 拱桥的两类稳定问题
• 2.2.1 第一类稳定问题
• 2.2.2 第二类稳定问题
• 2.3 拱桥的极限稳定承载力
• 2.4 失稳判别准则和稳定评价指标
• 2.4.1 失稳判别准则
• 2.4.2 稳定评价指标
• 2.5 本章小结
• 第3章 钢管混凝土拱梁组合结构弹性稳定分析
• 3.1 工程背景
• 3.1.1 结构概述
• 3.1.2 上部结构
• 3.1.3 下部结构
• 3.1.4 施工工序
• 3.2 结构有限元模型
• 3.3 施工阶段弹性稳定分析
• 3.4 成桥阶段弹性稳定分析
• 3.5 运营阶段弹性稳定分析
• 3.5.1 荷载和约束条件
• 3.5.2 计算结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 连续梁拱组合结构稳定性影响因素的参数分析
• 4.1 矢跨比的影响
• 4.2 拱肋内倾角的影响
• 4.3 横撑布置形式及刚度的影响
• 4.3.1 横撑布置形式的影响
• 4.3.2 横撑刚度的影响
• 4.4 拱肋自身刚度的影响
• 4.5 主梁刚度的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 非线性稳定性分析
• 5.1 结构非线性分析的有限元理论
• 5.1.1 几何非线性分析的有限元方法
• 5.1.2 材料非线性分析的有限元方法
• 5.1.3 非线性方程求解方法
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.2.1 材料本构模型的选取
• 5.2.2 单元形式的选取
• 5.3 特征值屈曲分析
• 5.3.1 荷载和约束条件
• 5.3.2 计算结果分析
• 5.4 几何非线性稳定性分析
• 5.4.1 荷载和分析手段
• 5.4.2 计算结果分析
• 5.5 材料非线性稳定性分析
• 5.5.1 荷载和分析手段
• 5.5.2 计算结果分析
• 5.6 几何材料双重非线性稳定性分析
• 结论
• 致谢
• 参考文献