多跨连续中承式钢管混凝土系杆拱桥型结构研究

论文摘要

多跨连续中承式钢管混凝土系杆拱桥是在我国不断发展创新的新型桥梁结构之一。它与传统的飞燕式拱桥和下承式连续拱桥均有所差异,其结构体系合理,造型轻盈、舒展,具有良好的安全性、适用性和经济性,并可满足美学的要求。必将在我国桥梁发展多元化的今天,拥有广泛的发展空间。本文以吉林市江湾大桥为背景,收集了大量的钢管混凝土拱桥的资料,对典型桥例进行了介绍。在此基础上,以钢管混凝土统一理论与有限元法相结合的方式,对结构形式新颖的多跨连续中承式系杆拱桥的静力性能、稳定性以及动力特性等进行研究,旨在深入了解该类桥型结构的力学性能,为今后相同的结构分析提供参考和建议。在进行静力分析的过程中,充分考虑对拱桥影响较大的几个参数,包括矢跨比、边中跨径比和系杆张拉力等因素的影响。通过建立有限元模型进行大量的对比,以主要控制截面为观察点,研究参数变化对结构内力以及位移的影响。并在此基础上进行了平面和空间的对比分析,结果表明在进行初步设计时可以平面分析为主,精度可以满足要求。该类型拱桥具有相对独立的稳定性能,计算结果表明拱桥面内刚度略大于面外刚度,但二者相差不大,说明其具有较好的稳定性能。而其动力性能主要表现为中等柔性结构,其刚度介于斜拉桥或者悬索桥和刚性拱桥之间,人和车行驶其上不会有明显的震感,因此具有广泛的实用推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢管混凝土拱桥概述
• 1.2 钢管混凝土拱桥发展的优势
• 1.2.1 钢管混凝土应用于拱结构的优点
• 1.2.2 钢管混凝土拱桥的施工特点
• 1.2.3 钢管混凝土拱桥的造型艺术
• 1.3 飞燕式钢管混凝土拱桥的发展现状
• 1.3.1 三跨飞燕式系杆拱桥桥例
• 1.3.2 多跨飞燕式系杆拱桥桥例
• 1.4 本文研究的主要内容和目的
• 第2章 钢管混凝土的力学特性
• 2.1 钢管混凝土的基本性能及本构关系
• 2.1.1 钢管混凝土结构的基本性能
• 2.1.2 钢管混凝土统一理论的基本概念
• 2.1.3 叠加法和合成法简介
• 2.1.4 钢材和混凝土的本构关系
• 2.2 钢管混凝土的工作性能
• 2.2.1 钢管混凝土一次受压的工作性能
• 2.2.2 钢管混凝土轴心受拉的工作性能
• 2.2.3 钢管混凝土重复受压下的工作性能
• 2.3 钢管混凝土的组合性能指标
• 2.4 本章小结
• 第3章 空间有限元模型的建立
• 3.1 吉林市江湾大桥简介
• 3.1.1 结构体系及技术标准
• 3.1.2 主要构件细部构造
• 3.2 空间有限元的基础理论
• 3.3 有限元模型的基本单元简介
• 3.3.1 弹性空间梁单元
• 3.3.2 弹性空间杆单元
• 3.3.3 单元质量矩阵
• 3.4 有限元模型的建立
• 3.4.1 结构构件模拟
• 3.4.2 桥梁质量的模拟
• 3.4.3 桥梁约束情况
• 3.4.4 材料参数
• 3.4.5 截面几何参数
• 3.5 本章小结
• 第4章 多跨连续中承式系杆拱桥静力参数分析
• 4.1 计算模型的简化
• 4.1.1 简化背景
• 4.1.2 基本假设
• 4.1.3 分析参数的选择
• 4.2 矢跨比的参数分析
• 4.3 系杆拉力的参数分析
• 4.4 边、中跨径比的参数分析
• 4.5 平面与空间模型对比分析
• 4.5.1 对比分析有限元模型
• 4.5.2 分析结果比对
• 4.6 温度荷载效应分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 多跨连续中承式系杆拱桥稳定特性研究
• 5.1 拱桥稳定分析概述
• 5.1.1 稳定理论的发展
• 5.1.2 钢管混凝土拱圈的稳定问题
• 5.1.3 稳定问题的求解方法
• 5.1.4 钢管混凝土拱圈的稳定控制
• 5.2 拱桥稳定分析的有限元方法
• 5.2.1 平面梁单元的切线刚度矩阵
• 5.2.2 第一类稳定问题的线弹性分析
• 5.3 特征值稳定分析实例
• 5.4 本章小结
• 第6章 多跨连续中承式系杆拱桥动力特性研究
• 6.1 动力特性分析概述
• 6.2 动力特性分析的有限元原理
• 6.2.1 建立运动方程
• 6.2.2 结构自振特性
• 6.3 多跨连续中承式钢管混凝土系杆拱桥的动力特性分析
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢