斜靠式拱桥设计参数研究

论文摘要

随着桥梁事业的飞速发展,人们对桥梁的景观要求也越来越高,斜靠式拱桥因其结构新颖美观,造型独特,富有曲线美和力度感,往往成为我国城市景观桥梁的优选方案。由于斜靠式拱桥由两片竖直主拱与两片斜靠拱组合而成,受力及构造复杂,空间效应明显。此外,斜靠式拱桥建造的数量较少,国内外的研究成果相对较少,从而限制了这种新桥型的发展。因此,开展斜靠式拱桥设计参数研究具有重要的理论意义和实用价值。本文根据斜靠式拱桥的结构特点,以福建省寿宁县一座跨径100米的斜靠式拱桥—杨梅大桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立斜靠式拱桥的空间有限元计算模型,研究主要设计参数(矢跨比、吊杆间距、斜拱倾角、横撑数量及位置)对结构内力、结构动力性能和稳定性的的影响。本文的主要工作和成果如下:1.本文首先介绍了拱桥的发展历史、梁拱组合体系桥梁的体系特点及分类、斜靠式拱桥的特点及己建成的斜靠式拱桥的概况。2.介绍了杨梅大桥工程背景,根据有限元原理,采用有限元程序MIDAS/Civil建立全桥空间模型。3.在三种不同的工况下,讨论主要设计参数对斜靠式拱桥结构内力的影响。当矢跨比由1/5变化至1/6时,各内力值均出现突变,增加幅度最大。吊杆间距的增大和横撑数量的减少对斜拱受力不利。倾角的减小和横撑位置的变化对主拱、系梁和斜拱受力不利,但影响不太大。4.讨论主要设计参数对斜靠式拱桥前十阶结构自振频率的影响。自振频率随着吊杆间距的增大而减小,但对矢跨比和斜拱倾角的变化规律不明显。减少横撑数量或去掉不同位置的横撑,除个别频率不变外,其余频率均减小。5.讨论主要设计参数对斜靠式拱桥第一阶结构稳定性的影响。稳定系数与矢跨比和吊杆间距成反比,与斜拱倾角和横撑数量成正比。横撑位置越靠近拱脚,对提高稳定性的贡献越大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 拱桥发展概述
• 1.1.1 石拱桥
• 1.1.2 铁拱桥和钢拱桥
• 1.1.3 钢筋混凝土拱桥
• 1.1.4 钢管混凝土拱桥
• 1.2 梁拱组合体系桥梁
• 1.3 斜靠式拱桥
• 1.3.1 斜靠式拱桥的特点
• 1.3.2 国内外已建斜靠式拱桥简介
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 有限元分析模型
• 2.1 概述
• 2.2 工程背景概述
• 2.3 有限元计算模型
• 2.3.1 单元划分
• 2.3.2 参数选取
• 2.3.3 边界条件处理
• 2.3.4 有限元计算模型
• 第三章 影响结构内力设计参数研究
• 3.1 概述
• 3.2 矢跨比的影晌
• 3.3 吊杆间距的影响
• 3.4 斜拱倾角
• 3.5 横撑数量和位置的影响
• 3.5.1 横撑数量的影响
• 3.5.2 横撑位置的影响
• 3.6 小结
• 第四章 影响斜靠式拱桥结构动力性能参数分析
• 4.1 概述
• 4.2 拱桥动力力学性能理论分析
• 4.2.1 有限元数值分析方法
• 4.2.2 建立运动方程
• 4.2.3 结构自振特性分析
• 4.3 杨梅大桥振动特性
• 4.4 矢跨比的影响
• 4.5 吊杆间距的影响
• 4.6 斜拱倾角的影响
• 4.7 横撑数量和位置的影响
• 4.7.1 横撑数量的影响
• 4.7.2 横撑位置的影响
• 4.8 小结
• 第五章 影响结构稳定性设计参数研究
• 5.1 概述
• 5.2 拱桥稳定性能理论分析
• 5.2.1 拱桥稳定的概念和分类
• 5.2.2 拱桥稳定性求解的基本方法
• 5.2.3 拱桥稳定性分析的有限元方法
• 5.2.4 拱桥的稳定安全系数
• 5.3 杨梅大桥失稳模态及稳定安全系数
• 5.4 矢跨比的影响
• 5.5 吊杆间距的影响
• 5.6 斜拱倾角的影响
• 5.7 横撑数量和位置的影响
• 5.7.1 横撑数量的影响
• 5.7.2 横撑位置的影响
• 5.8 小结
• 主要结论与建议
• 1. 主要结论
• 2. 进一步研究建议
• 参考文献
• 致谢