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两种形式木结构古桥及组合体系的力学特性研究
| 论文题名： | 两种形式木结构古桥及组合体系的力学特性研究 |
| 关键词： | 木结构古桥;榫卯节点;受力特性;有限元分析 |
| 摘要： | 木结构古桥作为我国传统桥梁中最具民族特色与先辈智慧的桥梁形式，是我国传统文化在建筑工程领域的重要体现。其中汴水虹桥、闽浙木拱桥和组合体系桥更是木结构桥梁中造型独特、建造技术先进的典范。然而，由于现代化材料的发展，木结构桥梁在重载交通桥梁中已经淘汰，但木材作为天然的绿色建材，在小跨径景观桥和人行桥建设中仍然具有无法替代的优势。 基于结构受力特性角度，研究此类木结构古桥，使其在继承中得以发扬光大，主要工作如下： (1)以结构工程和桥梁工程为基础，分析汴水虹桥、闽浙木拱桥和组合体系桥的构造特点，提出力学分析简化模型，优化拱肋各杆件控制尺寸计算公式。采用结构力学影响线加载法求出各节点的内力值，通过影响线内力分析验证了汴水虹桥和闽浙木拱桥主要承压且符合两铰拱受力特点、组合体系桥同时具有两铰拱和伸臂梁的受力特点。 (2)基于榫卯节点的受力特性进行基本假定，采用力学分析法，推导了直榫节点在自由转动、嵌压变形和脱榫破坏阶段的弹性和弹塑性弯矩公式，建立了直榫节点M-θ关系理论模型，同相关文献试验值对比得到理论结果与试验值吻合较好，可用于估算直榫节点弯矩和验算节点转动刚度。 (3)依据杆件控制尺寸和节点转动刚度，建立汴水虹桥、闽浙木拱桥和组合体系桥有限元模型，分析受力特性得到：1)汴水虹桥第一系统和第二系统协同受力，偏载作用下无荷载一侧节点产生脱空，影响结构的稳定性；汴水虹桥3+4体系和4+5体系内力对比表明，随着杆件数量增加，榫卯节点也相应增加，拱肋整体刚度则降低，杆件内力增大。2)闽浙木拱桥廊屋可以抵消偏载作用下对桥的不利影响，拱杆的轴力和弯矩减小，竖向位移增大；实际建造该类型桥时，适当增设桥上建筑有利于提高桥梁整体承载能力。3)在组合体系桥结构构造分析的基础上，采用样条曲线拟合出矢跨比相同的两铰拱和伸臂梁桥，由内力对比分析可知，组合体系桥以伸臂梁系统受力为主，力学特性更符合伸臂梁桥。 (4)利用有限元模型计算出三种形式古桥的内力影响线值，并与力学简化计算模型影响线值对比分析，验证了铰接简化模型的合理性。 |
| 作者： | 聂亮亮 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘炎海;李林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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