闽浙木拱桥受力行为研究

论文摘要

现存于福建和浙江的编木拱桥（简称闽浙木拱桥），主拱肋由两个折线拱相互交织穿插构成。两个系统协同受力，能以较短的构件形成较大的跨度，且构造简单、架设方便，是我国重要的文化遗产。然而迄今对其受力行为的研究还较缺乏。本文对闽浙木拱桥构造进行了介绍和分析，对福建省木拱桥进行了实地调研，并选择了一座木拱桥进行了实桥荷载试验和有限元分析，对闽浙木拱桥受力行为进行了研究。主要的研究工作和结论如下：（1）从结构工程和桥梁工程的角度对闽浙木拱桥进行了详细的结构、构造介绍和结构特性分析，分析了闽浙木拱桥与汴水虹桥结构的异同点。初步揭示了闽浙木拱桥与汴水虹桥既同为编木拱结构，但结构上又有改进的结构特点。（2）对木拱桥的主要参数进行了定义；根据福建省木拱桥实地调研的结果对福建省木拱桥进行了统计分析。结果表明，福建木拱桥以单跨为主，跨径在10m-40m之间，最大跨径达37.6m；桥宽主要介于4m-5m之间；矢跨比一般在1/5到1/7之间。（3）对溪南桥进行了实桥静载试验。实验结果表明，在荷载作用下，结构以受压为主，符合拱结构受力特征，论证了闽浙木拱桥是拱结构；在设计荷载下，结构出现的最大应力3Mpa，小于其设计允许值，跨中挠度为5.9mm，为跨度的1/250，是一座刚度很好的人行桥。（4）应用平面有限元计算方法对唐寰澄采用的手算结果进行了对比分析，表明手算方法基本正确，可用于简化计算。建立了溪南桥的平面有限元和空间有限元模型，与试验结果对比表明，二者均可用于闽浙木拱桥的结构受力分析，在简化计算时，有限元模型中可将榫卯节点按铰接处理。（5）开展了桥屋对木拱结构受力影响的分析，结果表明，均布的桥屋和一些跨中重檐结构的区段分布荷载对轻型的木拱结构受力是有利的，它使主拱轴力值增加，弯矩值减小。介绍和讨论了中国木拱桥自发现以来所采用的一系列命名，根据本文的研究，建议“中国木拱桥”这一名称应该给予采用和肯定。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究综述
• 1.3 本文工作
• 第二章 闽浙木拱桥桥型分析
• 2.1 闽浙木拱桥结构和构造
• 2.1.1 主拱结构
• 2.1.2 拱上建筑
• 2.1.3 桥台、基础形式及拱脚的处理
• 2.1.4 桥上廊屋
• 2.2 闽浙木拱桥结构特性分析
• 2.3 福建木拱桥桥梁主要参数统计分析
• 2.3.1 福建木拱桥概况
• 2.3.2 主要参数定义
• 2.3.3 桥长与桥宽
• 2.3.4 单跨与多跨
• 2.3.5 跨径与矢跨比
• 2.4 本章小结
• 第三章 木拱桥实桥静载试验
• 3.1 溪南桥介绍
• 3.2 溪南桥静载试验方案
• 3.3 溪南桥荷载试验过程
• 3.4 溪南桥静载试验结果
• 3.4.1 荷载位移曲线
• 3.4.2 应变测试结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 闽浙木拱桥结构受力行为分析
• 4.1 汴水虹桥计算
• 4.1.1 手算方法
• 4.1.2 有限元计算方法
• 4.1.3 计算结果比较
• 4.2 闽浙木拱桥计算
• 4.2.1 手算方法
• 4.2.2 有限元计算方法
• 4.2.3 有限元计算结果与实测值比较
• 4.3 闽浙木拱桥为拱结构的论证与中国木拱桥名称的讨论
• 4.3.1 中国木拱桥的学术名称介绍
• 4.3.2 闽浙木拱桥为拱结构的论证
• 4.3.3 中国木拱桥的学术名称讨论
• 4.4 闽浙木拱桥廊屋作用分析
• 4.5 榫卯处连接刚度对结构受力的影响
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录：福建省木拱桥
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间参与的研究项目