钢管混凝土拱桥空间稳定性的非线性分析

论文摘要

钢管混凝土拱桥由于具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、经济效益好等优点,在桥梁建设中得到了越来越广泛的应用。随着跨径的增大,作为以受压为主的结构,稳定性成了制约其发展的关键因素之一。稳定问题通常分为两类,第一类稳定归结为求特征值问题,计算比较简单;第二类稳定为极值点失稳,是非线性作用的结果,实际上大部分拱的失稳属于第二类失稳。本文综述了拱桥的发展及钢管混凝土拱桥稳定性的研究现状,详细介绍了钢管混凝土构件的力学性能和模拟钢管混凝土材料的力学模型,并基于非线性和稳定性理论,探讨了对主拱圈稳定性产生影响的参数,包括宽跨比、拱肋内倾角、变截面、矢跨比、拱轴系数以及核心混凝土本构关系,分析各参数对拱桥稳定性影响的规律性,在实际工程中,可以通过选择合理的参数来提高钢管混凝土拱桥的稳定性。最后以实桥为例,通过有限元程序分析了钢管混凝土拱桥在运营阶段各工况下的整体稳定性和施工过程中各施工阶段的稳定性。结果表明,线弹性特征值屈曲分析产生非保守结果,由于考虑材料非线性的影响,非线性稳定分析的稳定安全系数大大低于线弹性特征值屈曲分析的结果。本文在国内外研究成果的基础上,针对钢管混凝土拱桥的非线性稳定,依托实际工程,通过有限元分析方法,得出的结论能给相近似的同类桥型设计提供理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢管混凝土结构及其在拱桥中的运用和发展
• 1.2.1 钢管混凝土的概念和分类
• 1.2.2 钢管混凝土的基本工作原理
• 1.2.3 钢管混凝土结构在拱桥中的应用和发展
• 1.3 钢管混凝土拱桥稳定性的研究现状
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 钢管混凝土材料力学性能及非线性理论
• 2.1 钢管混凝土受压构件的基本工作性能
• 2.1.1 钢管混凝土轴心受压构件
• 2.1.2 钢管混凝土偏心受压构件
• 2.2 非线性理论分析
• 2.2.1 几何非线性的分析
• 2.2.2 材料非线性的分析
• 2.3 非线性有限元问题的基本解法
• 2.4 本章小节
• 第三章 拱桥稳定计算理论
• 3.1 拱桥稳定问题的基本概念与分类
• 3.1.1 第一类稳定问题
• 3.1.2 第二类稳定问题
• 3.2 稳定安全系数
• 3.2.1 第一类稳定安全系数
• 3.2.2 第二类稳定安全系数
• 3.3 失稳判断准则及模式判别
• 3.4 拱桥面内屈曲
• 3.4.1 圆弧拱的屈曲问题
• 3.4.2 抛物线拱的屈曲问题
• 3.5 拱桥侧倾失稳
• 3.5.1 单拱的侧倾失稳
• 3.5.2 组拼拱的侧倾失稳
• 3.6 稳定问题的计算方法
• 3.7 本章小结
• 第四章 钢管混凝土拱桥稳定极限承载能力的计算分析
• 4.1 引言
• 4.2 钢管混凝土材料的力学模型
• 4.2.1 双材料模型
• 4.2.2 单材料模型
• 4.3 工程实例分析
• 4.3.1 兴山县某大桥概况
• 4.3.2 兴山县某大桥分析模型
• 4.3.3 成桥稳定性分析
• 4.3.4 施工过程稳定性分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 影响钢管混凝土拱桥非线性稳定性的因素分析
• 5.1 概述
• 5.2 影响因素分析
• 5.2.1 宽跨比的影响
• 5.2.2 拱肋内倾角的影响
• 5.2.3 变截面的影响
• 5.2.4 矢跨比的影响
• 5.2.5 拱轴系数的影响
• 5.2.6 核心混凝土本构关系的影响
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文的研究结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢