空钢管桁肋式系杆拱桥结构稳定与极限承载力研究

论文摘要

双肋外倾的空钢管桁肋式系杆拱桥既可以看成是钢拱桥结构,又因拱脚段填有混凝土可以认为是钢管-钢管混凝土复合拱桥。作为一种新颖的,又很值得推广的桥型,研究其受力特性具有较大的工程价值,本论文利用大型结构分析计算软件ANSYS,针对此种桥型进行稳定与极限承载力研究,作了具体工作内容与主要成果如下: 1.结合非线性分析理论,以及求解非线性问题过程中得出的经验,阐述求解有限元非线性问题存在的困难,以及克服这些困难采用的方法。同时,结合有限元软件ANSYS程序的特点,说明如何采用人工干预方法促使非线性方程收敛。2.采用三种分析稳定与极限承载力的方法（线性屈曲方法,几何非线性方法,同时考虑几何和材料非线性的方法）,对设计中双肋外倾的空钢管桁肋式拱桥——湘江特大桥主跨结构进行承载力计算分析。对比三种分析方法得出的结果并探讨产生结果差异的原因,研究结果表明考虑双重非线性方法求解极限承载力得出的结果具有比线性方法更符合实际情况。3.在分析全桥稳定与极限承载力后,研究了不同工况下湘江特大桥的极限承载能力,探讨了不同工况下此桥达到极限承载能力时的失稳模态及其原因。研究结果表明,该特大桥即使在最不利的工况下,该桥仍然安全可靠。4.在原设计桥型结构不变的情况下,对拱脚段混凝土填充长度进行调整,分析了这种变化对结构承载了的影响。研究结果表明不同的混凝土填充长度对其承载能力有很大的影响。本论文的研究成果对湘江特大桥施工及竣工后运行有着重要的应用价值,对避免设计此类型拱桥的盲目性,降低工程的投资,确保交通安全等方面,都具有较大的工程意义。同时也为进一步研究空钢管桁肋式系杆拱桥和钢管-钢管混凝土复合式拱桥提供了实桥计算示例。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 拱桥的发展概述
• 1.1.1 国内外钢拱桥发展概述
• 1.1.2 国内外钢管混凝土拱桥发展概述
• 1.1.3 国内外复合式拱桥发展现状
• 1.2 拱桥稳定及极限承载力研究现状
• 1.2.1 拱桥稳定研究进展
• 1.2.2 拱桥极限承载力研究进展
• 1.3 问题的提出及论文的主要内容
• 1.3.1 问题的提出
• 1.3.2 论文的主要内容
• 第二章 极限承载力分析理论基础
• 2.1 结构极限承载力一般概述
• 2.2 三种分析方法理论概述
• 2.2.1 线性理论（线性屈曲法理论）
• 2.2.2 几何非线性理论
• 2.2.3 材料非线性理论
• 2.2.4 双重非线性理论
• 2.3 非线性方程的一般解法
• 2.3.1 全量加载法
• 2.3.2 增量加载法
• 2.3.3 处理极值点的方法
• 2.3.4 收敛性判断
• 2.4 极限承载力的判别法
• 第三章 用有限元软件ANSYS 求解极限承载力的概述
• 3.1 有限元软件ANSYS 求解考虑非线性的极限承载力的基本步骤
• 3.2 本论文使用到的单元说明
• 3.3 有限元软件ANSYS 求解器在三种分析方法中的应用
• 3.3.1 线性方法（线性屈曲法）
• 3.3.2 采用有限元软件ANSYS 求解非线性问题的方法
• 第四章 空钢管桁肋式拱桥主拱稳定与极限承载力分析
• 4.1 模型与荷载说明
• 4.1.1 模型介绍
• 4.1.2 设计荷载说明
• 4.2 ANSYS 单元选择说明
• 4.3 湘江特大桥主拱稳定与极限承载力分析
• 4.3.1 线性方法（线性屈曲法）
• 4.3.2 几何非线性法
• 4.3.3 同时考虑几何非线性和材料非线性的分析方法
• 4.4 三种分析方法的比较
• 第五章 空钢管桁肋式系杆拱桥全桥稳定和极限承载力分析
• 5.1 空钢管桁肋式系杆拱桥结构体系概述
• 5.2 湘江特大桥工程概况
• 5.3 ANSYS 单元选择说明
• 5.4 设计荷载作用下稳定分析
• 5.4.1 设计荷载说明
• 5.4.2 模型边界条件处理
• 5.4.3 用三种方法分析该桥极限承载力
• 5.4.4 三种分析方法的比较
• 5.5 在不同工况作用下全桥极限承载力分析
• 5.5.1 不同工况分析说明
• 5.5.2 对工况1,2,3,4 下结构达到极限承载力过程的描述
• 5.5.3 不同工况下分析结果对比与说明
• 5.6 钢管拱桥管内填充混凝土长度参数分析
• 5.6.1 钢管拱桥管内填充混凝土的填充长度说明
• 5.6.2 钢管拱桥管内填充混凝土填充长度对稳定系数的影响
• 5.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历