大跨度中承式钢箱混凝土系杆拱桥受力特性分析与研究

论文摘要

系杆拱桥自身所具有的优越性：一方面它将继续是大跨度桥梁的有力竞争者,另一方面它又是美观桥梁的首选桥型之一。近年来,随着超静定结构分析理论的发展以及施工新工艺的应用和普及,系杆拱桥得到快速的发展。本文结合一实际工程,该桥采用拱式连续梁体系,为系杆拱桥的另一新型结构形式,本桥的主要特点是主拱肋和主纵梁固结,增大了结构刚度,特别是横向刚度,从而增加了主拱肋的面外稳定性。但是,固结部位的构造复杂,进一步加剧了力在此部位传递的复杂性,因此,对该桥的力学特性的认识还不够彻底,有必要对该新型系杆拱结构进行细致的力学仿真分析,分析该桥的受力特性,同时验证该桥结构体系的合理性。首先,论文介绍了拱桥的发展、结构分类和拱桥的计算理论；然后简要地叙述了桥梁的工程背景和结构形式,随后利用MIDAS计算软件建立了全桥空间杆系单元的计算分析模型,对该系杆拱桥进行了施工阶段验算和成桥运营阶段验算。其次,利用通用分析软件ANSYS计算了结构的弹性稳定、几何非线性稳定、材料非线性稳定以及双重非线性稳定,并分析了系杆拱桥稳定的主要影响参数。最后,建立了考虑桩-土相互作用的ANSYS动力有限元计算模型,计算了结构的动力特性,并分析了桩-土刚度效应对结构动力特性的影响；采用反应谱分析法和地震时程分析法计算了系杆拱桥在地震动作用下的动力响应,并对两者的计算结果进行了对比分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 拱桥概述
• 1.1.1 拱桥的发展现状
• 1.1.2 拱桥的分类
• 1.2 系杆拱桥的结构组成
• 1.3 拱桥的计算理论
• 1.4 选题意义及背景
• 1.5 本文主要工作
• 第2章 拱桥设计方案与计算分析模型简介
• 2.1 工程背景
• 2.1.1 中承式钢箱混凝土系杆拱桥简介
• 2.2 全桥有限元模型介绍
• 2.2.1 建模概述
• 2.2.2 全桥空间有限元模型的建立
• 2.3 小结
• 第3章 钢箱混凝土系杆拱施工阶段计算分析
• 3.1 引言
• 3.2 施工阶段划分
• 3.3 施工阶段计算分析结果
• 3.3.1 施工过程中支座的偏移量计算
• 3.3.2 系杆拱桥施工阶段挠度计算
• 3.3.3 系杆拱桥工后残余变形
• 3.3.4 系杆拱桥施工阶段应力计算
• 3.4 小结
• 第4章 钢箱混凝土系杆拱桥运营阶段计算分析
• 4.1 运营阶段荷载工况
• 4.1.1 恒载作用
• 4.1.2 列车ZK活载作用
• 4.1.3 人行道竖向静活载
• 4.1.4 结构温度荷载
• 4.1.5 风荷载
• 4.2 结构变形计算
• 4.2.1 结构变形、变位限值
• 4.2.2 结构变形控制计算结果
• 4.3 ZK活载作用下的计算分析
• 4.3.1 ZK活载作用下的内力分析
• 4.3.2 ZK活载作用下的应力分析
• 4.4 温度荷载作用下的计算分析
• 4.4.1 温度荷载作用下的内力计算
• 4.4.2 温度荷载作用下的应力计算分析
• 4.5 风荷载作用下的计算分析
• 4.6 荷载组合作用下的计算分析
• 4.6.1 荷载组合作用下结构应力的计算分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 钢箱混凝土系杆拱桥稳定性分析
• 5.1 稳定理论概述
• 5.1.1 稳定理论的发展
• 5.1.2 拱桥稳定问题的分类
• 5.1.3 拱桥两类稳定分析基本理论
• 5.2 全桥有限元模型的建立
• 5.3 弹性稳定计算
• 5.3.1 加载工况介绍
• 5.3.2 弹性稳定计算结果
• 5.4 非线性稳定计算
• 5.4.1 几何非线性稳定分析
• 5.4.2 材料非线性稳定分析
• 5.4.3 几何材料双重非线性稳定分析
• 5.5 拱桥稳定的影响参数研究
• 5.5.1 拱肋刚度对桥梁稳定的影响
• 5.5.2 主纵梁刚度对桥梁稳定的影响
• 5.5.3 吊杆刚度对桥梁稳定的影响
• 5.6 本章小结
• 第6章 钢箱混凝土系杆拱桥动力性能分析
• 6.1 引言
• 6.2 桥梁固有振动特性
• 6.2.1 桥梁固有振动基本理论
• 6.2.2 桥梁固有振动的计算
• 6.2.3 桩—土作用的刚度对桥梁动力特性的影响
• 6.3 桥梁地震反应谱计算分析
• 6.3.1 反应谱计算方法简介
• 6.3.2 结构振型分析
• 6.3.3 反应谱分析的地震动输入
• 6.3.4 地震反应谱分析计算结果
• 6.4 桥梁时程反应计算分析
• 6.4.1 时程分析法简介
• 6.4.2 地震波的输入
• 6.4.3 时程计算分析结果
• 6.5 反应谱和地震动时程计算结果比较
• 6.5.1 位移结果对比
• 6.5.2 内力结果对比
• 6.6 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献