大跨度梁拱刚构组合体系桥梁的性能研究

论文摘要

梁拱刚构组合体系桥梁是一种拱肋与刚构桥刚性连接,两者共同承担荷载的新型组合结构桥梁。该类桥梁具有结构受力性能好、材料利用率高、造型美观以及施工方便等特点。本文以株洲市红港大桥为工程实例,以结构的性能研究为出发点从以下几个方面来分析与计算,并得到了一些结论。(1)通过研究分析梁拱刚构组合体系在均布荷载作用下有限元分析的结果,得到了吊杆力大小基本相等的结论。根据此结论提出了将吊杆力等效为膜张力的假定,同时将梁拱组合体系桥梁分解为梁拱组合体与吊杆两种结构,根据变形协调方程,借助结构力学中的方法推导出了梁拱刚构组合体系桥梁的吊杆膜张力的简化公式。通过一座单跨梁拱刚构组合体系和红港大桥的实例验证,分析了误差可能产生的原因,简单的对其进行修正,并将修正后的结果与有限元计算的结果做比较,得到了较好的结果,并分析了梁拱截面抗弯刚度比、吊杆与主梁截面等代抗弯刚度比、矢跨比对吊杆膜张力的影响。推导了两端固结的梁拱组合体系桥梁的梁拱荷载比、梁拱弯矩比的公式。(2)通过对已有的合理成桥状态确定方法进行分析与总结,结合刚梁柔拱梁拱刚构组合体系桥梁的受力特点,以拱肋所承受的轴力为控制条件,根据已推导出的膜张力的简化公式,拱肋上、下缘的活载应力包络图,利用拱肋上、下缘的应力控制方程计算出膜张力的范围,从而确定吊杆力的大小。(3)阐述了施工仿真分析的内容、意义、基本的原则和计算方法,以株洲红港大桥为背景运用MIDAS有限元程序建立了考虑施工过程的仿真模型,采用正装分析法对该桥的施工阶段进行了详细的计算,分析了在各典型施工工况下V墩、主梁与拱肋的应力、弯矩和位移等。(4)对红港大桥进行整体稳定性分析,得到最不利工况及成桥阶段在荷载组合下的稳定安全系数。从结果中可以看出,无论是在施工过程,还是在成桥阶段,红港大桥都具有非常好的稳定性。除此之外,还对横撑的刚度及布置形式、拱肋的内倾角度、矢跨比等影响桥梁稳定性的因素进行了参数分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.1.1 梁拱组合体系桥梁的概述
• 1.1.2 梁拱刚构组合体系桥梁的概述
• 1.2 国内外研究现状分析及问题的提出
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 梁拱组合体系桥梁理论研究的不足
• 1.3 本文的工程背景
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 梁拱刚构组合体系桥梁的受力行为研究
• 2.1 梁拱组合体系桥梁的静力特性
• 2.1.1 在均布荷载作用下梁拱组合体系的静力特性
• 2.1.2 在集中荷载作用下梁拱组合体系的静力特性
• 2.2 吊杆力的均布膜张力
• 2.3 均布荷载作用下梁拱刚构组合桥梁的受力行为分析
• 2.3.1 吊杆膜张力的确定
• 2.3.2 拱梁荷载比
• 2.3.3 拱梁弯矩比
• 2.4 本章小节
• 第三章 梁拱刚构组合体系桥梁合理成桥状态的确定
• 3.1 桥梁结构的合理成桥状态及其研究现状
• 3.1.1 桥梁结构的合理成桥状态
• 3.1.2 梁拱组合体系桥梁合理成桥状态的确定
• 3.1.3 目前确定成桥索力的方法
• 3.2 梁拱组合体系桥梁合理成桥状态确定的方法
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 红港大桥合理成桥状态确定的方法
• 3.2.3 红港大桥的成桥受力情况
• 3.3 本章小结
• 第四章 梁拱刚构组合体系桥梁施工过程仿真分析
• 4.1 桥梁施工过程仿真分析的研究现状
• 4.1.1 研究施工过程仿真分析的意义
• 4.1.2 施工过程仿真分析的主要内容
• 4.1.3 合理施工状态的计算方法
• 4.2 大跨度梁拱刚构组合桥施工过程仿真计算
• 4.2.1 大跨度梁拱刚构组合体系桥梁施工方案概述
• 4.2.2 红港大桥施工过程仿真计算
• 4.3 本章小结
• 第五章 梁拱刚构组合体系桥梁的稳定性及其参数分析
• 5.1 拱桥结构稳定基本理论概述
• 5.1.1 拱的面内屈曲
• 5.1.2 拱的侧倾失稳
• 5.2 整体稳定性的有限元分析
• 5.2.1 红港大桥主桥稳定性分析
• 5.2.2 线弹性屈曲分析结果
• 5.3 影响红港大桥稳定性因素的分析
• 5.3.1 拱肋的内倾角度对稳定性的影响
• 5.3.2 横撑的布置形式及刚度对稳定性的影响
• 5.3.3 矢跨比对稳定性的影响
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A