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原文传递中承式拱桥不同长度吊杆的力学性能研究

论文题名：	中承式拱桥不同长度吊杆的力学性能研究
关键词：	中承式拱桥;吊杆倾角;地震作用;力学性能
摘要：	吊杆作为中、下承式拱桥中重要的受力构件，在拱桥的全寿命周期内承担着将自重和桥面荷载传递至拱肋的重要任务。不同的结构形式和吊杆体系直接影响吊杆内力分布和外力作用下的响应。此前已有学者对不同吊杆形式下的系杆拱展开大量研究，但对于不同吊杆形式下的中承式提篮桁架拱还研究甚少。基于此，本文依托贵阳市某跨径为180m的中承式提篮桁架拱桥，对中承式提篮桁架拱桥吊杆的力学性能进行研究。主要研究内容和成果如下：　　（1）通过收集阅读国内外大量的文献，阐述中、下拱桥的发展状况和研究现状。发现国内外学者对不同吊杆体系下系杆拱的研究较多，而不同吊杆体系下中承式提篮桁架拱的研究甚少，因此研究不同吊杆体系下中承式提篮桁架拱的静动力性能以及地震作用响应是很有必要的。　　（2）采用有限元软件Midas Civil建立依托工程的数值模型，基于弯曲变形系数α和剪切变形系数β，研究温度荷载和车辆荷载对中承式拱桥吊杆弯曲变形的影响。研究结果表明，在短中吊杆区，系统温度作用下的吊杆弯曲变形系数α和剪切变形系数β大于车辆荷载作用下的弯曲变形系数α和剪切变形系数β。尤其在边吊杆处，系统温度作用下的吊杆弯曲变形系数α和剪切变形系数β均为车辆荷载作用下的4.3倍；在长吊杆区，两者对吊杆变形的影响相当。　　（3）基于依托工程开展平面数值模型试验，等间距布置吊杆倾角为40°、50°、60°、70°、80°的斜吊杆体系，探究中承式提篮桁架拱主要构件内力随吊杆倾角的变化规律。研究结果表明，部分短吊杆轴力60°~70°时达到最小，其余吊杆轴力则随吊杆倾角的增大而减小；系梁的最大轴力在吊杆倾角60°时达到最小，较40°时的最大轴力，降低了80%，而主拱的最大轴力变化甚微；主拱和系梁的最大弯矩分别在70°和80°时达到最小，较40°时的最大弯矩，分别降低了71%和50%。　　（4）基于平面数值试验的吊杆倾角变化规律，结合依托工程实际构造，建立不同吊杆倾角的斜吊杆体系空间模型，并考虑温度荷载对吊杆弯曲剪切变形的影响，探究温度荷载作用下的吊杆合理倾角范围。研究结果表明，短吊杆倾角在61°~63°，其余吊杆倾角在71°~79°时，吊杆的轴力、附加弯矩、附加剪力达到均衡状态，此时吊杆受力较合理。　　（5）基于吊杆合理倾角范围，优选出一组尼尔森体系，研究尼尔森体系和原竖直吊杆体系吊杆的静动力性能及地震作用响应的优异。研究结果表明，尼尔森体系的静动力学性能优于原竖直吊杆体系，与原竖直吊杆相比，尼尔森体系的轴力最大降低了45%，应力幅最大降低了24%。而在地震作用响应方面，尼尔森体系的吊杆轴力响应在水平地震作用下整体上高于原竖直吊杆体系，而在竖直地震作用下则低于原竖直吊杆体系。　　（6）基于优选的尼尔森体系，建立拱肋内倾角为0°、2°、4°、6°、8°、10°的有限元模型，探讨不同拱肋内倾角下吊杆的静动力学性能及地震作用响应。研究结果表明，随着拱肋内倾角的增加，吊杆的轴力和应力幅随之增加，但增幅微小，从0°至10°，吊杆的轴力和应力幅最大仅提高2%，说明拱肋内倾角的变化对吊杆静动力学性能影响甚微，可以忽略。在三向地震组合作用下，拱肋内倾角为4°至6°时，拱肋内倾角的变化对中吊杆区吊杆轴力响应的影响较大，轴力响应最大提高70%，而对边吊杆和跨中长吊杆基本不产生影响；而在拱肋内角为0°至4°和6°至10°时，拱肋内倾角的增加对吊杆轴力响应的影响微小，最大仅提高7%。
作者：	杨壮
专业：	建筑与土木工程
导师：	邓建华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2022