钢管混凝土拱型渡槽静动力性能分析

论文摘要

钢管混凝土是一种新形式的组合材料,它具有承载力高、塑性和韧性好、经济效益显著和施工简便等诸多优点,在高层建筑和公路拱桥领域的应用较为广泛,但在水利工程领域一直未得到应用。鉴于渡槽和桥梁在支撑结构上具有一定的相似性,作者认为可以借鉴钢管混凝土拱桥发展的理论经验,结合渡槽的结构特点发展一种新型式的渡槽—钢管混凝土拱型渡槽。本文以山东省胶东供水项目中某一渡槽工程的设计流量、设计水位和工程地质情况为研究背景资料,结合钢管混凝土拱桥和渡槽的结构特点,开发钢管混凝土拱型渡槽,旨在通过对钢管混凝土拱型渡槽的结构特点、静力特性和动力特性的探索性的理论分析,为其今后发展提供一定的理论基础,促进这种新型渡槽的研究发展和应用。研究内容主要有以下几点:(1)研究确定钢管混凝土拱型渡槽的结构型式。本文在分析钢管混凝土拱桥结构和渡槽的结构特点的基础上,探索研究钢管混凝土拱型渡槽的结构型式,确定了结构的构造型式,各构件的布置方式和截面尺寸。(2)钢管混凝土拱型渡槽非线性静力分析。利用有限元分析软件ANSYS建立结构的有限元模型,分析不同工况下结构的变形、位移和受力,获得渡槽结构的静力性能。(3)钢管混凝土拱型渡槽稳定分析。分析不同工况下的结构的稳定系数和失稳模态。分析表明:1阶稳定系数满足规范要求,1阶失稳模态均为面内失稳。(4)钢管混凝土拱型渡槽稳定性影响因素。影响渡槽稳定性的因素有:拱肋刚度、吊杆刚度、横撑布置和系杆刚度。随着拱肋刚度的增加,渡槽稳定性呈递增趋势,其增长速度较快。吊杆刚度对渡槽稳定性影响较小。横撑布置和系杆刚度对渡槽整体稳定性有重要的影响。(5)钢管混凝土拱型渡槽自振性能。渡槽的前10阶自振振型主要有槽身面内竖向弯曲振动、拱肋侧倾振动、拱肋面内弯曲振动和槽身扭转振动四种类型。其中槽身面内弯曲振动为主振型。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 2 钢管混凝土结构计算理论与方法
• 2.1 概述
• 2.2 钢管混凝土承载力计算理论
• 2.3 钢管混凝土承载力计算方法
• 3 钢管混凝土拱型渡槽的开发设计
• 3.1 工程概况
• 3.2 槽身设计
• 3.3 吊杆设计
• 3.4 钢管混凝土拱肋设计
• 3.5 系杆设计
• 3.6 钢管混凝土拱肋横撑布置及面外稳定验算
• 3.7 预拱度计算
• 4 钢管混凝土拱型渡槽非线性静力分析
• 4.1 非线性有限元法
• 4.2 有限元模型的建立
• 4.3 材料参数
• 4.4 计算工况
• 4.5 荷载作用下的变形分析
• 4.6 荷载作用下的应力分析
• 4.7 小结
• 5 钢管混凝土拱型渡槽动力分析
• 5.1 稳定分析计算理论
• 5.2 各个工况下整体有限元的稳定分析
• 5.3 渡槽稳定性的影响因素
• 5.4 钢管混凝土拱型渡槽自振特性分析
• 5.5 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文研究的主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表