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原文传递钢管混凝土系杆拱桥主体结构和局部拱脚相关因素分析

论文题名：	钢管混凝土系杆拱桥主体结构和局部拱脚相关因素分析
关键词：	钢管混凝土拱桥;主体结构;局部拱脚;有限元分析;力学特点
摘要：	钢管混凝土拱桥是90年代以来发展较快的一种新型桥型，具有承载力高、抗压、剪、塑性好，施工方便、经济效应好等优点，在我国得到了广泛的应用和迅速发展，目前正在向大跨径、大规模方向发展。至今，已竣工并投入使用的钢管混凝土拱桥达三百多座，其中提篮拱因为能大幅提高拱肋平面外的横向稳定效果而备受欢迎。　　论文以某跨径80m的钢管混凝土提篮式系杆拱桥为背景，借助大型通用有限元计算软件MIDAS/CIVIL对该钢管混凝土系杆拱桥进行整体建模,首先进行施工阶段分析，主要是分析施工阶段系梁和拱肋的变形、内力和应力。其次对全桥整体结构进行不同荷载下(恒荷载、移动荷载、温度变化)的变形、内力和应力分析，图表说明变化规律；最后对影响全桥主体结构(拱肋、系梁)的相关因素进行对比分析，并对局部拱脚进行分析，得到相关变化规律，具体研究内容如下：　　1.查阅钢管砼拱桥的有关资料，概括了钢管混凝土拱桥的结构形式及力学特点。　　2.阐述了钢管混凝土拱桥的计算理论及有限元仿真方法，熟悉本文建模所需的MIDAS/CIVIL有限元软件相关部分的计算原理和操作步骤。　　3.以下承式系杆拱桥为背景，结合施工过程对全桥进行了结构有限元分析，建立钢管混凝土拱桥全桥有限元模型，利用结构有限元计算软件 Midas/Civil对该桥进行全桥有限元模拟的空间力学分析。　　4.进行施工阶段分析，对各种荷载下的内力及应力分布做了直观的图表分析及说明，考虑到拱肋由两种材料构成，为了能够明确查看到计算结果是否合理，在定义了施工阶段后，再定义施工阶段联合界面，分别查看钢材和混凝土的计算结果，通过模型计算得出在施工阶段和成桥阶段系梁和拱肋各自在其控制截面的内力值。　　5.通过全桥分析得到以下结论：拱肋轴力变化大致均匀拱肋各个截面全截面受压;拱肋弯矩变化不均匀,拱脚处最大,整个拱肋弯矩关于跨中对称；拱肋剪力在拱脚处最大,在有吊杆的位置剪力发生突变,整个拱肋剪力关于跨中反对称；系梁轴力变化大致均匀,在拱脚的位置最大，系梁考虑了预应力的作用全截面受压；系梁弯矩变化不均匀,跨中弯矩值达到正的最大值,拱脚弯矩值达到负的最大值,整个系梁弯矩关于跨中对称；系梁剪力在拱脚处最大。　　6.对影响全桥结构分析的相关因素进行了选择性分析，分别通过考虑有无收缩徐变、是否考虑应力历史、不同规范下拱肋刚度取值对结构的影响等方面来分析相关因素对结构的影响，通过对比分析，得出相应的结论，为钢管混凝土拱桥的实际设计和施工提供一定的参考。　　7.通过建立拱脚局部模型，对影响局部模型结果的相关因素进行了对比分析，通过分析，得出以下相关结论：　　对于拱肋和系梁的连接部位，分别采用倒圆角、倒直角和钝角三种不同方式时，通过对比第一、二、三主应力，建议在实际施工中采用第一种直接倒圆角的方式。三种情况下拱肋、系梁变形相差不大，表明倒角形式对局部的变形没有太大影响；　　不同标号下混凝土主压应力和主压应力变化趋势基本一致，混凝土最大主拉应力随着强度的提高而减小，最大主压应力随着强度的提高而增大；不同标号下拱脚混凝土总变形和竖向变形变化趋势基本一致，拱脚附近总变形都是随着混凝土强度的提高而减小，拱脚附近竖向变形也都是随着混凝土强度的提高而减小；　　在配置构造钢筋后，由于构造钢筋承担了一部分内力，故结构总变形和竖向变形都比之前要小。配筋后混凝土的主拉应力和主压应力有所减小，但数值变化较小，且主拉、压应力范围区域变化不大，表明构造钢筋可以在一定程度上降低砼的主应力，但效果不明显。亦表明，在拱脚拱座设计时，此部位钢筋按构造要求配筋，并通过控制裂缝宽度来复核的方法较合理。
作者：	王旭东
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	苏彦江
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文