斜靠式拱桥结构体系与稳定性分析

论文摘要

斜靠式拱桥是一种新型的无风撑拱桥,由于拱肋是由主拱和斜靠拱构成的组合拱,是一种复杂的空间梁拱组合体系,确定合理的结构设计参数和主拱与斜拱共同作用的侧倾稳定性是斜靠式拱桥设计中的关键问题。本文以设计中的湖南常德市洞庭大道跨新河渠斜靠式拱桥为工程背景,建立了该桥的空间有限元模型,对斜靠式拱桥主要结构设计参数及稳定性进行了深入的探讨,研究成果可为斜靠式拱桥设计时参考。论文的主要工作和结论包括：1.按结构自重（恒载）、活载正载（车辆荷载满载+人群荷载满载）和活载偏载（车辆荷载偏载+人群荷载偏载）三种荷载,研究斜靠式拱桥结构的关键设计参数,矢跨比、主拱与主梁的刚度比、主斜拱的刚度比、拱轴线型,对结构内力的影响规律。2.以圆弧拱为研究对象,采用能量法推导了组合拱（主拱和斜拱）面外稳定的临界计算公式。通过数值算例和参数分析,从机理上研究斜拱对竖拱（主拱）面外（侧倾）失稳的影响。3.通过空间有限元模型,系统地研究主斜拱之间横撑的刚度、数量和位置、斜拱与主拱的刚度比等参数对斜靠式拱稳定性的影响规律。结果表明,主拱作为整座桥梁的主要承重构件,而斜拱主要提供横向稳定性,形成了一个受力合理、结构稳定的体系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 拱桥发展概述
• 1.1.1 拱桥的起源与石拱桥
• 1.1.2. 铁拱桥和钢拱桥
• 1.1.3 混凝土拱桥
• 1.1.4 钢管混凝土拱桥
• 1.2 斜靠式拱桥的发展概述
• 1.3 拱桥稳定理论的研究历史及现状
• 1.4 本文的研究内容
• 第二章 斜靠式拱桥与有限元模型
• 2.1 概述
• 2.2 洞庭大道跨新河渠斜靠式拱桥简介
• 2.2.1 工程概况
• 2.2.2 桥梁主要设计技术标准
• 2.2.3 桥梁主要材料
• 2.2.4 桥梁主要构件
• 2.3 洞庭大道跨新河渠斜靠式拱桥有限元模型
• 2.3.1 结构构件的模拟
• 2.3.2 荷载
• 2.3.2 边界条件
• 2.4 本章小结
• 第三章 斜靠式拱桥设计参数研究
• 3.1 概述
• 3.2 斜靠式拱桥结构设计参数对内力的影响分析
• 3.2.1 矢跨比
• 3.2.2 拱轴线型
• 3.2.3 主梁与主拱刚度比
• 3.2.4 斜拱与主拱刚度比
• 3.3 本章小结
• 第四章 组拼圆弧拱（竖拱和斜拱）的侧倾稳定分析
• 4.1 概述
• 4.2 结构稳定问题
• 4.2.1 结构稳定的基本概念
• 4.2.2 结构在静力作用下的两类稳定问题
• 4.2.3 判别平衡状态稳定性的准则
• 4.2.4 稳定问题的计算方法
• 4.3 拱轴空间变形的几何关系
• 4.4 基于能量法的组拼拱（竖斜和斜拱）侧倾稳定临界荷载
• 4.5 组拼圆弧拱（竖斜和斜拱）侧倾稳定临界荷载参数分析
• 4.5.1 斜拱倾角对主拱稳定性的影响
• 4.5.2 斜拱与主拱刚度比对主拱稳定性的影响
• 4.5.3 横撑刚度对组拼拱稳定性的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 斜靠式拱桥稳定性与参数分析
• 5.1 概述
• 5.2 斜靠式拱桥失稳的模态
• 5.3 斜拱倾角对斜靠式拱桥稳定性的影响
• 5.4 斜拱和主拱刚度比对斜靠式拱桥稳定性的影响
• 5.5 横撑刚度对斜靠式拱桥稳定性的影响
• 5.6 横撑数量、位置对斜靠式拱桥稳定性的影响
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论和展望
• 6.1 本文主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果