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原文传递钢筋混凝土系杆拱桥稳定性的非线性分析

论文题名：	钢筋混凝土系杆拱桥稳定性的非线性分析
关键词：	钢筋混凝土系杆拱桥;稳定性;非线性评价;极限承载力
摘要：	稳定问题可分为第一类稳定和第二类稳定两种形式,第一类失稳也叫做线弹性屈曲失稳,第二类失稳也称极值点失稳。系杆拱桥兼有拱桥的较大跨越能力和梁桥对地基适应能力强的两大特点,具有承载力高、施工方便、经济效益好等优点,在桥梁建设中得到了越来越广泛的应用。但是拱作为压弯构件,其稳定性问题是设计计算过程中必须要考虑的重要内容。近年来,随着新技术新材料的运用,拱的跨径不断增大,稳定问题变得尤为突出,因此,对拱桥稳定性的研究具有重要的理论价值和工程实际意义。　　本文综述了拱桥的发展及系杆拱桥稳定性的现状,对非线性有限元的理论和计算方法、拱桥的稳定性理论和稳定性问题的计算方法进行了研究。　　本文结合陆羽大桥,在拱桥的整桥稳定性及其参数对拱桥的整桥稳定性的影响开展了以下几个方面的研究工作: 　　1、采用大型通用有限元软件ANSYS软件,建立了陆羽大桥的整桥稳定性分析模型。建模时将该桥离散为空间杆系结构,采用Link8单元模拟吊杆,空间梁单元Beam188模拟拱肋、系梁、横梁及拱肋横撑。其他人行道挑臂和桥面板及二期铺装换算成线荷载均布在两侧系梁上。全桥总节点数为576个,划分为382个单元。　　2、按线弹性理论,在恒载和四列车道荷载全桥满布的状态下,对陆羽大桥的整桥稳定性进行了特征值屈曲分析,得到了第一类稳定安全系数;按几何非线性理论,对该桥稳定性进行了几何非线性屈曲分析,得到了稳定安全系数和在不同工况下的失稳模态。　　3、采用欧洲混凝土协会标准规范(CEB-FIP Moder code)的应力应变材料非线性关系和几何非线性理论,对该桥稳定性进行了双重非线性屈曲分析,得到了各个工况下稳定系数及失稳模态。双重非线性屈曲分析表明,计入材料非线性后,整桥稳定安全系数有较大的折减,相对特征值分析,其折减率达28％-49％左右,即,非线性稳定分析的稳定安全系数大大低于线弹性特征值屈曲分析的数值。　　4、探讨了横撑数量、拱肋侧倾角、宽跨比、初始几何缺陷、矢跨比等五个因素对成桥阶段空间稳定性的影响,对各参数影响的机理进行了分析。分析表明,横撑的布置形式对拱肋的横向稳定性影响最大;拱肋的内倾角不宜过大,选取时应综合考虑大桥的横向稳定性和对面内极限承载力的影响。随着宽跨比的减小,系杆拱桥主拱圈的稳定性下降。在相同初始缺陷条件下,双重非线性对稳定安全系数的影响比单纯的几何非线性大,会显著降低结构的极限承载力。矢跨比选择存在一个最优区间,而非线性因素对结构的稳定性影响较大,工程实际应综合考虑线弹性和非线性影响因素选择合理的失跨比来提高稳定性。　　5、钢筋混凝土系杆拱桥的特征值屈曲分析、几何非线性屈曲分析和双重非线性屈曲分析,这对同类似桥梁的设计施工提供理论基础。
作者：	范波涛
专业：	结构工程
导师：	向木生
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文