下承式拱梁组合桥结构性能研究

论文摘要

由于钢管混凝土在桥梁上的应用,同时解决了拱桥高强度材料应用和施工两大难题,使拱桥更加轻巧,表现力也更强,给拱桥的发展注入了新的活力。因此,钢管混凝土拱桥在我国得到迅速发展,我国建造了大量的拱桥。中、下承式拱桥建筑造型极佳,在城市桥梁中往往受到青睐而成为城市的标志性建筑,目前仍在向更大跨径、更大规模的方向发展,应用区域和范围也在不断扩大。本文根据依托工程下承式拱梁组合桥,分析了钢管混凝土桥梁的受力特性。采用sap2000有限元程序,探讨分析了该类桥梁的静力特性、收缩徐变、自振特性,全桥在车道动荷载作用下的受力特性等问题,并得出了一些有用的结论。研究结果表明：(1)混凝土收缩徐变使得钢管拱截面压应力增大平均都在8%左右。系杆拉力也增大,成桥状态时收缩徐变使系杆拉力增大了3.1%,跨中吊杆的吊点位移增大了15%。(2)预应力作用明显提高了正弯矩区的承载力和负弯矩区混凝土板的开裂荷载,延缓了裂缝的出现。(3)主要振型有面外的侧向振动、面内的竖向振动和空间的扭转振动。拱平面外的侧向振动、拱平面内的竖向振动的频率分别为0.86Hz和4.09Hz,两者的比值为1/4.76,说明桥跨结构面外侧向振动影响强于面内竖向振动,从而可以得出面外刚度要弱于面内刚度。(4)拱肋上横撑的存在与否及多少对结构的横向刚度的影响较大；横撑对竖弯的影响很小,这是因为横撑不提供整体竖向刚度。裸拱竖弯频率要比整桥对应的频率高30%以上,差异相当显著。(5)在车辆荷载作用下桥梁结构的动力响应分析中,跨中上部桥面板同一位置在静力和动力荷载作用下的纵向应力比较,其动应力静应力比为1.19,说明动力效应增大了桥梁的内力。本文的计算结果可为该类桥的设计、施工提供参考,还可为该类桥梁在使用过程中的健康检测和维护提供基础性数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢管混凝土拱桥的发展背景
• 1.2.1 钢管混凝土拱桥
• 1.2.2 钢管混凝土在拱桥中的应用
• 1.2.3 国内外发展概况及问题
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 钢管混凝土拱桥的计算理论与方法
• 2.1 钢管混凝土基本计算理论概述
• 2.2 钢管混凝土构件的基本工作性能
• 2.3 轴心受压构件承载力计算
• 2.4 偏心受压构件的强度计算
• 2.5 选用有限元分析软件的问题
• 2.6 本章小结
• 第三章 有限元仿真模型
• 3.1 下承式拱梁组合桥概况
• 3.2 理论计算的依据及技术标准
• 3.2.1 计算依据
• 3.2.2 主要技术标准
• 3.3 理论建模
• 3.3.1 材料的本构关系
• 3.3.2 坐标体系
• 3.3.3 钢管混凝土拱肋的有效模拟
• 3.3.4 预应力筋的有效模拟
• 3.3.5 混凝土收缩、徐变及强度增长的模拟
• 3.4 全桥有限元模型建立
• 3.4.1 SAP2000计算模型
• 3.4.2 Midas对照模型
• 3.5 本章小结
• 第四章 结构静力计算分析
• 4.1 工程施工阶段的划分
• 4.2 混凝土收缩和徐变对下承式拱梁组合桥的内力影响
• 4.2.1 混凝土收缩和徐变的意义以及影响
• 4.2.2 施工过程中收缩和徐变对拱肋的影响
• 4.2.3 施工过程中收缩和徐变对系杆的影响
• 4.2.4 施工过程中收缩和徐变对吊杆的影响
• 4.3 预应力对下承式拱梁组合桥的内力影响
• 4.3.1 预应力桥梁的计算理论和分析方法
• 4.3.2 预应力损失
• 4.3.3 预应力对钢管混凝土拱桥内力的影响
• 4.3.4 预应力计算方法
• 4.3.5 预应力模拟计算分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 下承式拱梁组合桥结构动力性能分析
• 5.1 下承式拱梁组合桥自振特性分析
• 5.1.1 概述
• 5.1.2 理论基础
• 5.1.3 桥梁结构自振特性分析
• 5.2 桥梁结构构造对自振特性的影响
• 5.2.1 横撑布置对自振特性的影响
• 5.2.2 桥面系对桥梁结构自振特性的影响
• 5.3 下承式拱梁组合桥在车道荷载作用下的受力分析
• 5.3.1 车道荷载模式简介
• 5.3.2 车道荷载的布置形式
• 5.3.3 在车道荷载作用下的位移影响线分析
• 5.3.4 在车道荷载作用下的内力分析
• 5.4 车辆荷载分析
• 5.4.1 分步加载静力分析
• 5.4.2 分步加载时程分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与科研情况
• 致谢