覆土波纹钢板桥涵动力及稳定分析

论文摘要

覆土波纹钢板桥涵具有施工速度快、适应变形能力强、维护费用低、绿色环保等优点,在国外已被广泛地应用于道路工程。我国也开始重视此种结构,越来越多的覆土波纹钢板桥涵出现在实体工程之中,但是其设计和施工主要参考国外规范。我国已经开展了部分理论和试验研究,但基本上是研究其静力性能,因此有必要对此类结构继续深入研究,尤其是对波纹钢板结构动力与稳定性能进行研究。本文首先从模型试验中获得了开截面覆土波纹钢板桥涵的动力测试数据,通过有限元数值模拟研究此种结构的自振特性,分析了不同施工阶段、结构主要参数对结构自振特性的影响。可以得出结构受波纹钢板形状的影响很大,其自振频率随着覆土高度的增加而降低。其次,通过对覆土波纹钢板小桥实体工程的成桥动力测试确定了实体工程冲击系数,然后建立有限元数值模型对此类结构的动力荷载冲击系数的影响因素进行分析,经过规范对比提出合理建议。最后建立了考虑土结相互作用的土-钢整体结构模型对施工过程中回填夯实、土体倾倒和拱上大型机械作业等进行模拟,分析结构的稳定性,为该类型结构设计和施工提供了参考意见,通过将此结果与荷载等效作用力结构模型进行对比分析,为该类结构的设计提供了建模参考。分析了不同结构因素对此种结构的影响。应该特别注意施工过程对结构稳定性的影响。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 覆土波纹刚板桥涵概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文研究的主要内容及方法
• 2 覆土波纹钢板桥涵自振特性
• 2.1 基本理论
• 2.1.1 一般形式拱平面挠曲固有振动
• 2.1.2 一般形式拱桥反对称基频
• 2.2 模型试验
• 2.2.1 模型设计
• 2.2.2 板材参数
• 2.2.3 施工过程
• 2.2.4 试验步骤
• 2.3 试验结果分析
• 2.3.1 裸拱状态
• 2.3.2 施工过程中
• 2.3.3 拱上覆土90cm
• 2.4 有限元计算
• 2.4.1 计算模型
• 2.4.2 约束形式
• 2.4.3 覆土高度
• 2.4.4 建模方法
• 2.5 参数分析
• 2.6 小结
• 3 覆土波纹钢板桥涵结构冲击系数
• 3.1 基本理论
• 3.2 成桥试验
• 3.2.1 工程简介
• 3.2.2 测试内容
• 3.2.3 跑车试验
• 3.2.4 跳车试验
• 3.3 试验结果处理
• 3.4 有限元数值分析
• 3.4.1 计算方法
• 3.4.2 分析模型
• 3.4.3 荷载等效
• 3.4.4 数值计算
• 3.4.5 参数分析
• 3.5 规范对比
• 3.6 小结
• 4 覆土波纹钢板桥涵结构稳定性分析
• 4.1 基本理论与计算
• 4.1.1 一般理论
• 4.1.2 拱的平面屈曲稳定
• 4.1.3 论计算
• 4.2 有限元分析
• 4.2.1 基本分析
• 4.2.2 接触单元
• 4.2.3 施工过程模拟
• 4.2.4 特征值屈曲分析
• 4.2.5 非线性屈曲分析
• 4.3 土—钢整体结构特征值屈曲分析
• 4.3.1 分析模型
• 4.3.2 施工过程中回填夯实
• 4.3.3 施工过程中土体倾倒荷载
• 4.3.4 拱顶以上大型机械作业
• 4.4 等效作用力结构特征值屈曲分析
• 4.4.1 等效荷载计算
• 4.4.2 模型对比分析
• 4.4.3 结构非线性屈曲分析
• 4.5 对比计算分析
• 4.5.1 理论计算
• 4.5.2 工况对比
• 4.5.3 不同波形对结构稳定性影响
• 4.6 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 学位论文数据集