高速铁路系杆拱桥结构受力稳定分析

论文摘要

随着钢管混凝土结构优越性得到充分的认识,该结构得到了广泛的应用和飞速的发展。尤其是钢管混凝土系杆拱桥,成为了高速铁路的主要桥型。论文以一座80m高速铁路钢管混凝土系杆拱桥为例,对该桥进行了全桥的整体静力分析、拱脚局部空间应力分析、以及整体稳定性分析研究,具体工作如下：1、介绍了论文的选题背景,突出了该选题的必要性和现实意义；同时回顾了钢管混凝土系杆拱桥的发展、分类,并阐述了其所具有的独特优势。2、以一座铁路80m系杆拱桥为例,叙述了该桥的工程概况,选用专业化有限元软件MIDAS/CIVIL进行了全桥的静力及变形计算,并将计算结果与各项主要控制指标进行分析比较,发现该设计能够完全满足要求；同时,着重进行了主梁在传力锚固、运营等阶段的强度、抗裂性验算。3、考虑到拱脚为系杆拱桥的关键受力部位,有必要对其进行更为精确、详细的分析,所以采用ANSYS软件单独建立了一个三维仿真的拱脚分析模型,在该模型的建立和分析中采用了一种尽可能接近工程实际的分析方法,就是将局部模型中的预应力筋延长至跨中再锚固、截断,比传统的方法(即在所取的分离体处将拱肋、系杆、预应力筋全部截断)更能精确模拟预应力筋的变形及回缩。4、对桥梁进行了全桥稳定性分析,着重论述了影响全桥稳定性的主要因素,两类稳定的不同概念；本算例采用了第二类稳定的分析方法,即同时考虑了几何非线性、材料非线性等现实存在的客观因素,并将计算结果与第一类稳定的弹性允许值进行了对比分析。最后,总结了本文的研究成果,并指明了需要进一步研究的方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 钢管混凝土系杆拱桥的发展
• 1.3 钢管混凝土系杆拱桥的分类及其特性
• 1.3.1 钢管混凝土系杆拱桥的分类
• 1.3.2 钢管混凝土系杆拱桥的特性
• 1.4 系杆拱桥的受力及稳定性影响因素
• 1.4.1 参数的选择对系杆拱桥的受力影响
• 1.4.2 非保向力对系杆拱桥的稳定性的影响
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 下承式系杆拱桥的静力及稳定性分析方法
• 2.1 静力计算方法
• 2.1.1 全桥的静力计算方法
• 2.1.2 拱脚局部静力计算方法
• 2.2 稳定性分析方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 某高速铁路系杆拱桥工程实例全桥整体静力分析
• 3.1 工程概况
• 3.2 模型简介
• 3.3 设计荷载
• 3.4 荷载组合
• 3.5 主要计算分析结论及相应的控制指标
• 3.5.1 支座反力
• 3.5.2 变形、变位及梁端转角
• 3.5.3 各荷载工况下结构的内力包络图
• 3.5.4 各荷载工况下结构各控制截面处的内力
• 3.5.5 拱肋的应力
• 3.5.6 梁的应力及设计指标验算
• 3.6 本章小结
• 第4章 拱脚处局部静力分析
• 4.1 结构概述
• 4.2 空间分析模型
• 4.3 约束处理
• 4.4 预应力处理
• 4.5 仿真分析及结果
• 4.5.1 应力云图说明
• 4.5.2 最大弯矩工况
• 4.5.3 最大弯矩工况下各主应力情况如下表
• 4.5.4 最大轴力工况
• 4.5.5 最大剪力工况
• 4.5.6 各工况最小值作用
• 4.6 本章小结
• 第5章 系杆拱桥的稳定性分析
• 5.1 引言
• 5.2 钢管混凝土系杆拱桥的稳定性分析理论
• 5.2.1 结构的稳定性分析方法
• 5.2.2 特征值屈曲分析（第一类稳定问题）
• 5.2.3 非线性稳定分析（第二类稳定问题）
• 5.3 算例分析
• 5.3.1 有限元模型的建立
• 5.3.2 双重非线性模型的建立
• 5.3.3 双重非线性下各种工况屈曲荷载的分析
• 5.3.4 结构设计参数的选择对结构整体稳定性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 1. 主要结论
• 2. 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加由导师祝兵教授主持的科研项目