复式提篮拱桥静力特性及稳定性研究

论文摘要

复式提篮拱桥是近些年来在提篮拱桥基础上发展起来的一种新型拱桥结构型式。此类桥型结构新颖,受力及构造复杂,空间效应明显,国内外研究成果相对较少。因此,开展复式提篮拱桥力学性能分析研究具有重要的理论意义和实用价值。本文根据平顶山市城东河路湛河桥主桥的结构特点,建立了该复式提篮拱桥的空间有限元计算模型,利用桥梁有限元计算程序ANSYS对该桥进行了初始平衡状态下的静力、稳定性分析,对桥梁的设计进行了成桥状态设计验算,同时探讨了吊杆损伤等因素对该桥型静力、稳定性的影响。综合以上工作,本文得出以下结论:(1)拱肋和系梁受力关于跨中对称。在吊杆位置系梁的轴力、剪力、弯矩都有较大的突变,拱肋的剪力也有较大的突变,弯矩和轴力变化不明显。由于端横梁的约束作用,系梁的弯矩图与固端梁相似,系梁整体处于全截面受压状态。拱肋受力以轴压力为主,除拱脚外其它位置所受弯矩和剪力都较小,但面外弯矩相对较大,拱脚及内、外拱肋连接处受力复杂,该桥型空间效应明显。(2)吊杆受力关于跨中和纵轴对称,吊杆张力分布大致均匀。内拱吊杆最低安全系数为3.38,外拱吊杆最低安全系数为3.09,满足最小安全系数不得小于2.5的规定,且有较大安全储备。(3)全桥变形以竖向变形为主,拱肋顶部发生了较大的横向变形。系梁最大竖向位移为一0.0283m,拱肋最大竖向位移为一0.0337m,最大横向位移为0.1m。该桥梁在荷载作用下位移都控制在规范规定的范围之内,满足设计规范正常使用极限状态下的变形要求。(4)该桥梁的第1阶稳定系数在7.975^8.67之间,满足一般拱桥稳定系数大于4的要求,说明桥梁整体稳定性较好,该桥的失稳模态均以组合拱肋的面外扭转失稳为主,说明该桥拱肋的面外刚度相对面内刚度较小,对整个桥梁的稳定起控制作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 拱桥的简介
• 1.2 拱桥的分类及结构体系
• 1.3 系杆拱桥发展概述
• 1.4 提篮拱体系
• 1.5 复式提篮拱体系
• 1.6 本文研究的目的意义及所作的主要工作
• 2 拱桥稳定理论概述
• 2.1 概述
• 2.1.1 拱桥的稳定
• 2.1.2 拱桥稳定性的基本概念及分类
• 2.1.3 拱桥的面内弹性屈曲
• 2.1.4 拱桥的面外弹性屈曲
• 2.1.5 拱桥极限稳定承载力
• 2.1.6 拱结构稳定分析的有限元法
• 2.1.7 拱结构稳定分析的其他方法
• 2.2 拱桥的面内屈曲
• 2.2.1 拱面内屈曲的基本概念
• 2.2.2 拱桥的平面压屈
• 2.3 拱桥的侧倾失稳
• 2.3.1 拱桥的侧倾稳定平衡方程
• 2.3.2 组拼拱的侧倾
• 2.3.3 X 型双肋拱的侧倾
• 2.3.4 系杆拱的侧倾
• 2.4 本章小结
• 3 复式提篮拱桥有限元模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 复式提篮拱桥的构造特点
• 3.3 堪河桥工程概况
• 3.4 有限元模型的建立
• 3.4.1 结构构件模拟（单元选取）
• 3.4.2 边界条件的模拟
• 3.4.3 材料参数
• 3.4.4 空间有限元模型
• 3.5 模型的荷载标准
• 3.5.1 永久荷载
• 3.5.2 基本可变荷载
• 3.6 本章小结
• 4 复式提篮拱桥有限元静力分析
• 4.1 前言
• 4.1.1 计算方法及计算软件简介
• 4.1.2 本章说明
• 4.2 成桥阶段静力计算与分析
• 4.2.1 工况一结果
• 4.2.2 工况二结果
• 4.3 几何非线性对静力计算的影响
• 4.4 吊杆损伤对静力计算的影响
• 4.5 本章小结
• 5 复式提篮拱桥稳定性分析
• 5.1 引言
• 5.1.1 第一类稳定问题
• 5.1.2 第二类稳定问题
• 5.2 堪河桥成桥阶段的稳定性分析
• 5.3 堪河桥稳定性的影响因素
• 5.3.1 稳定拱对堪河桥稳定性的影响
• 5.3.2 吊杆损伤对堪河桥稳定性的影响
• 5.3.3 拱肋刚度对堪河桥稳定性的影响
• 5.3.4 非保向力对堪河桥稳定性的影响
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录