双层公路钢桁梁桥极限承载力有限元分析

论文摘要

双层桥能综合考虑铁路、公路及各类交通的需要,充分发挥桥位之利,共用主体结构,节省工程投资。钢桁梁桥作为双层桥中最常见的结构形式,在国内外都得到了广泛的应用。随着我国经济的发展,交通量不断增加,超载现象严重,人们对钢桥的稳定性及极限承载力问题越发关心。目前针对钢桥极限承载力的研究主要集中在钢拱桥、斜拉桥和悬索桥方面,对钢桁梁桥极限承载力的研究还很不足。本文以一座双层公路钢桁梁桥——东江大桥为工程背景,以通用有限元程序为手段,对其进行了弹性、几何非线性、双重非线性稳定和极限承载力分析。得出了以下主要结果及结论：(1)通过对不同荷载作用下结构的弹性稳定分析,了解了结构的主要失稳模态,并比较了活载与横向风载对桥梁弹性稳定性的影响。结果表明结构具有较高的稳定安全系数,在恒载、活载和横向风载的共同作用下结构稳定性处于最不利状态。(2)几何非线性屈曲分析得出的结构失稳形式为桥门架侧倾,双重非线性屈曲分析中结构破坏时的整体变形较小,且极限荷载系数远低于几何非线性分析结果,说明结构承载能力主要由材料非线性控制。(3)通过对结构极限承载力的双重非线性分析,了解了结构对活荷载的超载能力,并以分析结果为依据,研究了结构的失效路径与失效机理,揭示了此类桥梁失效的实质,对此类桥梁的薄弱环节有了较清楚的认识。(4)通过对结构承载能力影响因素分析可知：刚性加劲弦是决定结构承载能力的关键因素,对结构破坏时的变形有较大影响；内力调整对结构的承载力有一定影响,能改善结构的受力和变形；横向风荷载对结构受力和变形的影响均较小本文的研究结论可以为今后同类桥型的设计提供一些参考和借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 双层钢桁梁桥的发展和应用
• 1.2.1 双层钢桁梁桥在国外的发展和应用
• 1.2.2 双层钢桁梁桥在国内的发展和应用
• 1.3 钢桥极限承载力的研究方法和现状
• 1.3.1 钢桥极限承载力的研究方法
• 1.3.2 钢桥极限承载力的研究现状
• 1.4 存在的问题和本文的主要内容
• 1.4.1 存在的问题
• 1.4.2 本文的主要工作
• 第二章 极限承载力研究的相关理论及有限元方法
• 2.1 极限承载力研究的理论基础
• 2.1.1 强度问题和稳定问题的区别和联系
• 2.1.2 结构的稳定分析理论
• 2.1.3 稳定问题的计算方法
• 2.1.4 稳定问题的有限元分析方法
• 2.2 结构非线性问题的有限元理论
• 2.2.1 几何非线性的有限元方法
• 2.2.2 材料非线性的有限元方法
• 2.2.3 双重非线性的有限元方法
• 2.2.4 非线性有限元问题的求解方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 双层公路钢桁梁桥稳定分析
• 3.1 工程背景
• 3.1.1 主桁架
• 3.1.2 桥面系
• 3.1.3 材料
• 3.2 全桥有限元模型的建立
• 3.2.1 模型简化处理
• 3.2.2 全桥有限元模型
• 3.3 东江大桥线弹性屈曲分析
• 3.3.1 荷载计算与加载工况
• 3.3.2 线弹性屈曲分析
• 3.4 东江大桥非线性屈曲分析
• 3.4.1 计算假定
• 3.4.2 非线性因素在ANSYS中的实现
• 3.4.3 荷载组合及加载方式
• 3.4.4 几何非线性屈曲分析
• 3.4.5 双重非线性屈曲分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 双层公路钢桁梁桥极限承载力分析
• 4.1 东江大桥极限承载力分析
• 4.1.1 极限荷载系数的定义
• 4.1.2 极限承载力分析
• 4.1.3 结构失效机理研究
• 4.2 东江大桥极限承载力影响因素分析
• 4.2.1 刚性加劲弦对极限承载力的影响
• 4.2.2 纵横向内力调整对极限承载力的影响
• 4.2.3 横向风荷载对极限承载力的影响
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 进一步展望
• 参考文献
• 致谢