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水环境下大跨度上承式拱桥的静、动力特性分析
| 论文题名： | 水环境下大跨度上承式拱桥的静、动力特性分析 |
| 关键词： | 大跨上承式拱桥;水下部分结构;流水压力;水浮力;流固耦合;地震响应 |
| 摘要： | 近年来，随着高速公路的发展，铁路的提速，对道路的线形要求日益提高，沿线不免跨越深沟峡谷。由于峡谷的地形条件，以上承式拱桥方案较为合理。然而，对于水资源丰富的地区而言，峡谷又是水利工程建设多选地形。从实现经济效益的角度而言，线路爬坡高度不宜太高，设计标高的降低导致拱圈多半会为库水所淹。虽然水体与空气同属于流体，但在具体的某些特性上仍有不同，本论文基于此对库区大跨度上承式拱桥展开分析研究： 首先，针对库区大跨度上承式拱桥有别于其他拱桥的环境特征，确定该类拱桥在动静力分析时有别于其他拱桥的主要影响要素。大跨度上承式拱桥水下部分结构会受到水体的影响。在正常水环境下，流水对结构的作用主要在于侧向流水压力和竖向水浮力。在地震作用下，结构会产生变形、振动，同时导致水体振动，使水体通过动水压力的形式反作用于结构，从而在结构与水体之间形成作用与反作用并贯穿地震作用始终，因此流固耦合是地震作用下的主要影响因素。 其次，对流体的基本特性进行了研究，得到了水下拱圈部分的流水压力、水浮力计算公式。对现有流固耦合的计算理论进行了研究，探寻适合水下拱圈结构的流固耦合计算方法。 再次，对拱结构的有限元理论进行了研究探讨。虽然曲梁单元更适用于解拱的荷载效应、自由振动和强迫振动，但由于其复杂性，工程上的有限元仍更多的采用以直代曲的方法来求解拱结构效应。 最后，根据工程实例，建立大跨度上承式拱桥的空间有限元模型，考虑静力分析时的两个主要影响因素—流水压力和水浮力的作用，分析两个主要影响因素对拱圈内力的影响程度及影响规律，探讨流水速度影响下，能否忽略流水压力的影响，将库水视为静水，探讨在低烈度地震设防区，静水环境下拱圈可能被淹没的高度；研究考虑流固耦合作用后，拱圈淹没深度对拱桥自振特性的影响规律以及此时地震作用下，拱圈淹没深度对拱圈内力影响程度及影响规律，探讨在高烈度地震设防区，拱圈所能承受的淹没高度。 |
| 作者： | 黎亮 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 易壮鹏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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