单拱肋钢管混凝土拱桥施工仿真与稳定性分析

论文摘要

钢管混凝土系杆拱桥由于具有承载力高、跨越能力好,塑性和韧性好、施工方便、经济效果好和地基适应性强等优点,是一种发展前景广阔的桥梁结构。钢管混凝土系杆拱桥的施工过程是一个非常复杂的过程,为了保证最终的成桥线形及受力状态符合设计要求,为施工控制提供科学合理的依据,需要采用空间仿真计算。随着跨度的不断增大,钢管混凝土拱桥的横向刚度相对较弱,稳定性问题越来越引起桥梁工程师的关注,因此有必要进行稳定性分析。本文在查阅大量桥梁施工仿真计算文献的基础上,介绍了大跨度桥梁施工仿真计算的有关分析理论,并以章江大桥作为工程实例,应用有限元分析软件MIDAS建立了三维空间有限元模型,列出了钢管混凝土拱桥施工仿真计算的具体步骤。在建模过程中引入激活与钝化技术,方便了施工阶段分析。空间仿真计算结果表明：施工仿真计算不仅能描述整个施工过程进行,反映全过程的受力行为,而且还能确定各个施工阶段的合理状态,为施工监测监控提供中间目标状态。本文在系统论述现有的拱桥稳定计算理论的基础上,针对章江大桥建立了空间有限元模型,并对成桥阶段有限元模型进行了稳定性分析,得出其成桥阶段各种工况下的稳定安全系数。在此基础上,还对该拱桥的横撑布置、荷载工况、吊杆和拱肋刚度等影响因素展开讨论与研究。分析了该桥在不同的工况下的稳定性,并对影响该桥稳定性的多种因素进行分析探讨,得出相应的结论。本文对钢管混凝土拱桥的设计与施工具有一定的指导意义和参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢管混凝土拱桥的应用与发展
• 1.2 钢管混凝土拱桥的特点
• 1.3 飞燕式钢管混凝土系杆拱桥简述
• 1.4 桥梁施工过程仿真计算研究现状
• 1.5 钢管混凝土拱桥的稳定性研究现状
• 1.6 论文的目的、意义及主要内容
• 第2章 钢管混凝土拱桥施工阶段仿真计算理论
• 2.1 桥梁施工控制仿真计算的有限元方法
• 2.1.1 有限元法的一般计算步骤
• 2.1.2 桥梁结构分析中的单元刚度矩阵
• 2.2 激活和钝化技术原理简介
• 第3章 钢管混凝土拱桥的稳定理论
• 3.1 概述
• 3.2 拱的两类稳定问题
• 3.3 拱桥的平面屈曲
• 3.3.1 圆弧拱及抛物线拱的屈曲
• 3.3.2 拱桥的平面压屈
• 3.4 拱桥的侧倾失稳
• 3.5 拱桥稳定问题的有限单元法
• 3.5.1 稳定问题的描述
• 3.5.2 拱桥线弹性稳定的有限元分析
• 第4章 单拱肋钢管混凝土拱桥施工阶段仿真分析
• 4.1 概述
• 4.2 工程概况
• 4.3 章江大桥施工过程
• 4.3.1 章江大桥主桥施工过程
• 4.3.2 章江大桥钢管拱施工流程
• 4.4 钢管混凝土拱桥施工阶段仿真分析
• 4.4.1 有限元分析软件MIDAS/Civil简介
• 4.4.2 钢管混凝土拱桥施工阶段仿真原则
• 4.4.3 钢管混凝土拱肋材料特性的确定
• 4.4.4 空间模型的建立
• 4.5 章江大桥拱肋施工阶段仿真结果
• 4.5.1 控制点位移与拱肋线形仿真结果
• 4.5.2 控制点应力仿真结果
• 4.6 仿真结果与部分实测值比较分析
• 4.6.1 位移比较分析
• 4.6.2 应力比较分析
• 第5章 单拱肋钢管混凝土拱桥稳定性分析
• 5.1 引言
• 5.2 结构的有限元模型的建立
• 5.3 结构稳定性的影响分析
• 5.3.1 荷载布置形式对结构稳定性的影响
• 5.3.2 横撑和斜撑设置对结构稳定性的影响
• 5.3.3 吊杆对结构稳定性的影响
• 5.3.4 拱肋混凝土强度对结构稳定性的影响
• 5.3.5 非线性的分析方法对结构稳定安全分析的影响
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 作者在攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢