大跨径钢管混凝土拱桥仿真计算与控制

论文摘要

以阅海大桥(三肋五跨中承式系杆拱桥,拱肋为哑铃形截面)为工程背景,采用大型有限元计算软件MIDAS建立桥梁结构空间三维模型,对阅海大桥空钢管阶段、浇筑钢管混凝土阶段、挂横梁阶段、铺槽形板阶段、成桥阶段的静力、动力、稳定性进行仿真计算,通过线形和应力理论值与实测值的对比,表明仿真计算是成功的,可以有效的指导施工控制。在建立模型过程中,拱肋采用MIDAS中的施工阶段联合截面法进行模拟,该方法的理论为换算截面法,将哑铃形截面分为钢管框架、上下拱肋内混凝土、缀板内混凝土四个部分,将各个单独的混凝土截面换算为钢截面,随着实际施工阶段的进行,不断进行叠加,直至钢管混凝土浇筑完之后完成叠加。在各个施工阶段中,该桥中肋各控制截面的挠度基本为边肋的两倍,中肋各控制截面的应力为边肋的1.5倍左右。对阅海大桥线形、应力的理论计算结果与实测结果进行对比,理论计算结果与实测值较为吻合。对阅海大桥各个施工阶段稳定性进行了屈曲分析,稳定系数均远远大于4,该桥在各个施工阶段的稳定性较高,失稳模式均为面内失稳,说明其面外刚度较大,失稳控制应以面内控制为主。采用子空间迭代法,求解了该桥的前30阶振型,采用反应谱理论分析了该桥在8级地震作用下的响应。计算结果表明该桥柔性较好,地震对该桥的中肋和边肋的影响是相同的。计算结果可以为该桥进行动力评估提供依据。各个施工阶段的线形与应力均在控制范围内,施工控制良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 钢管混凝土拱桥的发展现状
• 1.1.1 拱桥的发展
• 1.1.2 钢管混凝土拱桥的发展
• 1.1.3 钢管混凝土拱桥施工技术
• 1.2 问题的提出和研究意义
• 1.2.1 桥梁施工仿真计算与施工控制的联系
• 1.2.2 施工仿真计算的常用方法与不足
• 1.2.3 钢管混凝土拱桥施工过程仿真计算的意义
• 1.3 工程简介
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 大跨径钢管混凝土拱桥的施工控制
• 2.1 大跨径钢管混凝土拱桥控制简史
• 2.2 大跨径钢管混凝土拱桥控制理论
• 2.2.1 钢管混凝土拱桥的施工控制目的
• 2.2.2 钢管混凝土拱桥的施工控制原则
• 2.2.3 钢管混凝土拱桥的施工控制方法
• 2.3 阅海大桥的施工控制
• 2.3.1 施工仿真计算
• 2.3.2 数据采集
• 2.3.3 施工过程参数处理
• 2.3.4 施工控制结果
• 2.4 小结
• 第三章 阅海大桥施工过程静力分析
• 3.1 阅海大桥施工过程简介
• 3.1.1 空钢管阶段
• 3.1.2 浇筑钢管混凝土阶段
• 3.1.3 架设横梁阶段
• 3.1.4 铺设槽形板阶段
• 3.1.5 成桥阶段
• 3.2 各个施工阶段计算模型的建立
• 3.2.1 钢管混凝土拱肋的模拟
• 3.2.2 其他构件、边界条件、荷载的模拟
• 3.2.3 各个施工阶段的模型
• 3.3 施工过程中的结构计算
• 3.3.1 标高部分
• 3.3.2 应力部分
• 3.4 本章小结
• 第四章 大跨径钢管混凝土拱桥的稳定性分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 拱的面内极限承载力
• 4.1.2 拱的面外极限承载力
• 4.1.3 本章的主要工作
• 4.2 钢管混凝土拱桥的稳定分析理论
• 4.2.1 线性屈曲理论
• 4.2.2 几何非线性
• 4.2.3 材料非线性
• 4.2.4 非线性问题的基本解法
• 4.3 阅海大桥稳定性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 大跨径钢管混凝土拱桥的动力特性分析
• 5.1 概述
• 5.2 结构自振特性计算理论
• 5.3 阅海大桥成桥自振特性分析
• 5.4 阅海大桥地震响应分析
• 5.5 小结
• 结论与展望
• 结论
• 进一步展望
• 参考文献
• 致谢