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基于弹性地基梁理论的钢管混凝土系杆拱桥系梁-支架协同受力研究
| 论文题名： | 基于弹性地基梁理论的钢管混凝土系杆拱桥系梁-支架协同受力研究 |
| 关键词： | 钢管混凝土系杆拱桥;盘扣架;梁柱式支架;协同受力;弹性地基梁;双层梁理论;有限元模型 |
| 摘要： | 钢管混凝土系杆拱桥作为一种刚度大、跨越能力强、造型优美的桥梁结构，在公路、铁路及城市桥梁工程中的应用越来越广泛。钢管混凝土系杆拱桥的支架设计与施工作为整个工程的基础，它的安全性和可靠性决定了系杆拱桥能否顺利竣工。对于采用“先梁后拱”施工方法的钢管混凝土系杆拱桥而言，考虑拱桥系梁与支架的协同受力可以有效控制施工成本，优化施工方案。 本文以某高速铁路钢管混凝土系杆拱桥为依托工程，从理论分析与有限元分析两方面入手，对钢管混凝土系杆拱桥施工中系梁与支架的协同受力进行了深入研究。本文主要的工作与研究内容如下： （1）针对钢管混凝土系杆拱桥系梁的盘扣式满堂支架法现浇施工方案，基于弹性地基梁理论，将盘扣架立杆看作Winkler弹簧，推导系梁受力变形的挠曲线方程。将系梁浇筑完成后作为施工平台时所承担的荷载等效为均布荷载，推导盘扣式满堂支架与系梁协同受力的解析解。通过对系梁的弹性模量、盘扣架立杆刚度的参数敏感性分析，研究各参数对系梁与支架协同受力的影响。 （2）针对钢管混凝土系杆拱桥系梁的贝雷梁-钢管柱组合支架现浇施工方案，基于双层弹性地基梁理论，将拱桥的系梁和贝雷梁支架分别看作上、下梁，将系梁与贝雷梁之间的方木与分配梁看作双层梁之间的弹性夹层，通过对上、下梁的受力平衡分析，建立上、下梁的挠曲线方程。将系梁浇筑完成后作为施工平台时所承担的荷载等效为均布荷载，结合拱桥系梁与贝雷梁支架的相关边界条件和连续性条件，推导贝雷梁-钢管柱组合支架与系梁协同受力的解析解。通过对系梁与贝雷梁的弹性模量、弹性夹层的刚度等参数的敏感性分析，研究各参数对系梁与贝雷梁协同受力的影响。 （3）通过Midas/Civil建立系梁与支架的协同受力有限元模型，并将有限元模型计算出的数值解与解析解对比，验证了解析解的正确性。 （4）结合工程实例对系梁与支架的协同受力情况进行分析，计算结果表明，在设计“先梁后拱”施工方案的系杆拱桥支架时，可以不考虑桥面以上的荷载。采用本文方法相较于原来的支架设计可减少约19.4%的贝雷梁用量，有效降低施工成本。 |
| 作者： | 王其林 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘波;马立新 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 烟台大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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