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异形钢管系杆拱桥稳定性与极限承载能力研究
| 论文题名： | 异形钢管系杆拱桥稳定性与极限承载能力研究 |
| 关键词： | 异形钢管系杆拱桥;稳定性;极限承载力;有限元分析 |
| 摘要： | 伴随着我国城市交通的快速发展和桥梁建造技术的日益成熟，人们对桥梁美学的追求也不断提高。作为一种兼具曲线美与力度感的结构形式，拱桥极易融入环境和满足大众的审美习惯与需求。传统的拱桥拱肋与车道平行，以面内受压为主，后来工程师将拱肋内倾一定角度并加设风撑，产生了“提篮拱”桥型，更有利于结构的稳定。国外一些建筑师反其道行之，设计出拱肋外倾的人行天桥，在造型上比内倾拱肋更具美感[45]。本文即以一座具有外倾拱肋的大跨径异形钢管系杆拱桥--洛阳瀛洲大桥为工程背景展开研究。洛阳瀛洲桥是国内首座采用倒三角形空间拱肋组合体系的系杆拱桥，其外形形似弯月，美学价值高。其异形空间拱肋体系是一个由三根通过横、斜撑相互联系，并在拱脚处相交汇的拱肋组合而成的上宽下窄的空间体系。尽管其独特的外形满足了大众的审美需求，但较传统垂直平行系杆拱桥，该桥结构体系的力学合理性不足。例如，拱顶附近拱肋的横向间距较大，横向连接形式简单且数量少，这些缺陷均会对该桥的横向稳定性产生较大的负面影响。本文采用通用有限元程序ANSYS建立了洛阳瀛洲大桥主桥的空间模型，对异形钢管混凝土拱桥的稳定性以及极限承载力进行了具有实际意义的数值研究。 本文阐述了拱桥稳定性分析问题的理论基础和该课题的研究现状，分析了基于ANSYS有限元软件平台的大跨径桥梁建模方法，并采用空间杆系模型和精细化混合模型分别对瀛洲大桥进行了数值模拟：采用基于响应面的模型修正技术改善了“脊骨梁”有限元模型的桥面部分：考虑模态分析结果，两套独立的全桥空间有限元模型相互验证：在第一类稳定性分析方面，分析了多种不利荷载工况下瀛洲大桥面、内外失稳性；针对该桥存在的面外稳定性不足，考察了横撑数量、横撑样式、横撑刚度、副拱肋外倾角、斜吊杆刚度、钢箱梁横向抗扭刚度等设计参数对于异形钢管混凝土拱桥横向第一类稳定性的影响；在第二类稳定分析方面，分析了两类不同加载方式下瀛洲大桥的第二类稳定，还分别考察了活荷载分布模式、拱肋初始缺陷、不同构件的材料非线性等因素对于该桥极限承载能力的影响；最后，基于该桥施工过程中的索力监控工作，开展了该桥实际吊杆受力分布对于全桥稳定性的影响研究。 基于数值模拟的方法，研究发现瀛洲大桥的一、二类稳定性均满足设计要求，结构具有较高的强度储备以及整体刚度，但这类桥形的横向稳定略显不足。通过在拱顶附近增设K字横撑或减小副拱肋外倾角的方法，可以有效地改善此类桥的横向性能。 |
| 作者： | 程霄翔 |
| 专业： | 工程力学 |
| 导师： | 韩晓林 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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