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原文传递空间曲线连续梁异型拱组合桥稳定性分析

论文题名：	空间曲线连续梁异型拱组合桥稳定性分析
关键词：	空间曲线连续梁异型拱组合桥;结构参数;稳定性分析;安全系数
摘要：	空间曲线连续梁异型拱组合桥以其独特新颖的造型、优美的线形，常成为城市地标性建筑。然而，该结构体系因其构造和受力复杂，特异性强，少有经验可以借鉴，故该类结构有许多稳定性问题需要解决。本文以某空间曲线连续梁异型拱组合桥为研究背景，在考虑几何非线性和材料非线性下，进行组合桥的第一类稳定性和第二类稳定性研究，进而探讨结构参数对稳定性的影响，最后对施工阶段稳定性进行分析。本文主要研究工作及有关结论如下：　　（1）建立空间曲线连续梁异型拱组合桥有限元模型，首先采用屈曲分析控制方法进行组合桥线弹性稳定性分析；然后采用Newton-Raphson法进行组合桥几何非线性分析；最后采用静力弹塑性分析方法进行组合桥材料非线性分析，通过上述分析方法研究组合桥在四种不同荷载工况下的第一类稳定问题和第二类稳定问题。研究结果表明：几何非线性对结构稳定系数有明显的影响，拱肋安装过程要尽量保证拱轴线形和理想线形符合；材料非线性引起的截面刚度削弱相比几何非线性导致结构的稳定性能下降更为显著。分析空间曲线连续梁异型拱组合桥稳定性问题时，结构进行非线性分析更为合理。组合桥考虑第二类稳定问题时，由于组合桥初始缺陷的存在以及截面刚度的削弱，组合桥在风荷载作用下加速了拱肋的侧倾和扭转趋势，导致组合桥稳定性能遭到严重削弱。　　（2）探讨空间曲线连续梁异型拱组合桥的构件刚度、吊杆参数、边界条件、拱肋矢跨比、面外曲率各参数对空间曲线连续梁异型拱组合桥稳定性的影响。研究表明：拱肋的横向抗弯刚度是控制组合桥稳定性的决定因素，但是横向抗弯刚度增强到一定程度时，稳定安全系数不再增加；拱肋竖向抗弯刚度是控制组合桥稳定性的重要因素，结构随着竖向刚度的削弱，稳定安全系数下降明显；拱肋的边界条件与矢跨比对结构的安全系数有显著影响；而主梁构件刚度、吊杆参数、面外曲率对结构安全系数影响较小。　　（3）空间曲线连续梁异型拱组合桥施工过程中受力体系存在多次转换，并且在不同施工过程中受力与变形特点均不一致，根据组合桥施工过程中力学特性和施工方法，选取控制工况进行结构稳定性分析。研究表明：组合桥在合龙前期的稳定安全系数远小于其他施工阶段；拱肋架设时避开强风时段，必要时将支架纵横向连接为整体；在吊杆张拉施工阶段，随着吊杆拉力逐渐增大，组合桥的稳定安全系数逐渐减小，吊杆非保向力对该结构体系的稳定性能是不利因素；组合桥在施工阶段以及成桥运营阶段失稳模态以横向面外侧倾失稳为主，横向面外侧倾失稳和面内倾覆失稳耦合形式。　　本文对空间曲线连续梁异型拱组合桥的第一类稳定问题和第二类稳定问题、相关设计参数及施工阶段的稳定性进行深入研究，对该类桥梁的设计施工具有一定的借鉴意义。
作者：	李乐和
专业：	建筑与土木工程
导师：	丁南宏;廖伟华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022