大跨径钢箱提篮拱桥施工阶段稳定性研究

论文摘要

随着拱桥跨径的增大,稳定性问题变得越来越突出,已成为拱桥设计的重要控制因素之一。本文以重庆市北碚区朝阳复建桥(钢箱提篮拱桥)为工程背景,通过对其进行稳定性分析,讨论了在各施工工况下该桥的稳定安全系数,为以后同类桥型的设计提供了有益的建议。本文以现有理论为指导,从特征值稳定和几何非线性稳定两方面出发,采用梁单元和板壳两种单元模型,通过大型通用有限元程序Marc计算拱桥各施工阶段稳定安全系数。计算结果表明,钢箱拱肋的截面刚度较大,当设置足够的风撑时,拱桥面外稳定高于面内稳定,拱桥的面内稳定在施工过程中将起到控制作用。采用板壳单元模拟各工况与实际施工工况较为接近,从而比较精确地求得该桥的稳定系数。采用梁杆单元建立模型求得结构的失稳模态为拱肋的面内整体失稳,且稳定系数较采用板壳单元求得稳定系数大。同时可以看出基于几何非线性下的稳定系数要比弹性分析下降很多,因此在桥梁设计中应保证较高的线弹性稳定系数,使其具备足够的稳定储备。取某一拱肋节段做局部屈曲分析,从分析结果来看,拱肋内加劲肋板更容易屈曲,依据结构稳定理论,构件的局部失稳可能导致结构的整体失稳,但不是必然结果,因为板件局部失稳后,发生应力的重分布,但在设计中应引起足够的重视,在施工中应加强必要的监测。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 拱桥的发展历史与应用现状
• 1.3 拱桥稳定理论研究的历史与现状
• 1.4 本文的研究主要内容
• 第二章 拱桥稳定的计算理论
• 2.1 拱桥稳定的基本概念
• 2.2 钢结构稳定问题的特点
• 2.2.1 钢结构稳定问题的多样性、整体性和相关性
• 2.2.2 钢结构非弹性稳定、极限承载力和脆性特征
• 2.3 第一类弹性及弹塑性稳定分析
• 2.3.1 第一类稳定问题的线弹性有限元分析
• 2.3.2 第一类稳定问题的弹塑性有限元分析
• 2.4 第二类稳定问题和极限承载力全过程分析
• 2.4.1 非线性方程的求解策略
• 2.4.2 单元模式与破坏形态的选取
• 2.5 拱桥的面内压曲
• 2.6 拱桥的侧倾失稳
• 2.7 本章小结
• 第三章 大跨径拱桥的施工技术
• 3.1 钢拱桥的结构特点
• 3.2 钢拱桥的施工方法
• 3.2.1 支架施工法
• 3.2.2 缆索吊装法
• 3.2.3 转体施工法
• 3.2.4 悬臂拼装法
• 3.3 本章小结
• 第四章 钢箱提篮拱桥施工阶段静力分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 主拱施工工艺
• 4.2.1 主拱施工工艺
• 4.2.2 缆索吊装体系的设计
• 4.3 有限元模型
• 4.3.1 基本假定
• 4.3.2 模型建立
• 4.3.3 各工况下静力计算
• 4.4 本章小结
• 第五章 大跨度钢箱提篮拱桥施工阶段稳定性
• 5.1 Marc 在结构稳定分析中的应用
• 5.1.1 Marc 有限元程序的特点
• 5.1.2 Marc 在屈曲分析中的应用
• 5.1.3 Marc 在屈曲分析中的实现
• 5.2 各种工况下拱肋的稳定性分析
• 5.2.1 有限元模型
• 5.2.2 特征值（线性）屈曲分析
• 5.2.3 几何非线性屈曲分析
• 5.2.4 拱肋局部屈曲分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 有待进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果