反拱式钢管混凝土拱桥线型优化与结构特性分析

论文摘要

钢管混凝土拱桥结构形式丰富多彩,具有显著优点,在我国得到了广泛应用。为满足人们的审美要求,反拱式钢管混凝土拱桥是工程设计人员的大胆创新与尝试。该类型拱桥的拱肋为主、副拱组合形成的钢管混凝土桁架,主拱和副拱分离,分别采用不同的拱轴线形,副拱在主拱拱脚对应位置附近反弯,边孔采用半拱或刚架形式。钢管混凝土拱桥的应用在我国方兴未艾,但钢管混凝土结构的理论研究相对滞后,没有实现设计规程的统一,钢管混凝土拱桥的设计与施工规范也迟迟没有出台。本文将对钢管混凝土构件的基本计算理论及钢管混凝土拱桥设计与计算方法进行总结分析与探讨。本文对反拱式钢管混凝土拱桥副拱的反弯曲线部分,采用直线、抛物线及圆曲线三种线型形式,探讨其对拱圈截面内力分布、拱脚推力、结构刚度、稳定性及动力性能的影响。并将反拱式钢管混凝土拱桥与平行式钢管混凝土拱桥进行对比,分析反拱式钢管混凝土拱桥的结构特性。通过分析计算,建议反拱式钢管混凝土拱桥在设计时,副拱反弯部分采用下凹曲线形式,其稳定性好,造型飘逸大方。本文结合已完成设计的高阳大桥,应用有限元分析程序,建立其空间有限元计算模型,分析反拱式钢管混凝土拱桥的强度、稳定及动力性能。计算可知,该类桥型拱肋首先出现面外失稳,面外相对刚度较低,属于较柔的结构体系。同时结合现有的钢管混凝土结构设计规程,计算钢管混凝土结构的变形模量及其单肢弦管承载力,分析探讨现行设计规程在钢管混凝土拱桥设计中的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢管混凝土结构的应用及发展
• 1.2.1 钢管混凝土结构的研究概况
• 1.2.2 钢管混凝土结构受力性能及特点
• 1.3 钢管混凝土拱桥的发展概况
• 1.3.1 钢管混凝土拱桥的发展概况
• 1.3.2 钢管混凝土拱桥的发展趋势及存在问题
• 1.4 工程背景
• 1.5 本文主要研究工作
• 第二章 钢管混凝土拱桥设计理论与计算方法
• 2.1 钢管混凝土基本计算理论
• 2.1.1 钢管混凝土力学性能
• 2.1.2 钢管混凝土构件的基本计算理论
• 2.1.3 轴心受压构件的强度计算
• 2.1.4 抗拉强度计算
• 2.1.5 轴心受压构件的稳定计算
• 2.2 钢管混凝土拱桥的设计方法
• 2.3 钢管混凝土拱桥拱肋的模拟方法
• 2.3.1 双材料模型
• 2.3.2 换算材料模型
• 2.4 钢管混凝土拱桥的计算机仿真技术
• 第三章 反拱式钢管混凝土拱桥拱轴线型优化研究
• 3.1 常用的拱轴线型
• 3.2 反拱式钢管砼拱桥拱轴线型优化
• 3.2.1 拱轴线线型组合方案
• 3.2.2 拱轴线型对截面内力的影响
• 3.2.3 拱轴线型对拱脚水平推力的影响
• 3.2.4 拱轴线型对结构刚度的影响
• 3.2.5 拱轴线型对整体稳定性的影响
• 3.2.6 拱轴线型对振型的影响
• 3.3 反拱式钢管混凝土拱桥受力特点
• 3.4 反拱式钢管混凝土拱桥优化设计
• 3.4.1 内力优化分析
• 3.4.2 优化后稳定性分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 反拱式钢管混凝土拱桥承载力与稳定性分析
• 4.1 钢管混凝土构件弹性模量计算
• 4.2 高阳大桥有限元分析
• 4.2.1 有限元分析模型的建立
• 4.2.2 静力分析荷载组合及计算结果
• 4.2.3 承载力计算分析
• 4.2.4 各规范承载力计算值比较
• 4.3 拱桥稳定性的基本概念及分类
• 4.3.1 第一类稳定问题（分支点失稳）
• 4.3.2 第二类稳定问题（极值点失稳）
• 4.3.3 我国规范中稳定性计算方法
• 4.4 反拱式钢管混凝土拱桥稳定性分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 反拱式钢管混凝土拱桥动力分析
• 5.1 钢管混凝土拱桥的自振特性
• 5.2 高阳大桥自振特性分析
• 5.2.1 全桥有限元模型
• 5.3.2 模态分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢