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下承式钢管混凝土拱桥吊杆破损对结构体系安全性研究
| 论文题名： | 下承式钢管混凝土拱桥吊杆破损对结构体系安全性研究 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱桥;吊杆破损;受力状态;安全性能 |
| 摘要： | 由于吊杆受力状态复杂,又受到锈蚀、疲劳等因素的影响使其发生破损,吊杆破损会引起吊杆系内力重分布,所以在拱桥设计中针对吊杆增加破损安全计算是很有必要的。这样不仅可以明确地计算出吊杆破损对其它吊杆系、拱肋及系梁受力状态的影响以及吊杆破损对拱桥稳定性的影响,而且对提高拱桥整体的安全性具有很重要的意义。 为了探讨下承式钢管混凝土拱桥吊杆破损对结构体系是否是破损安全的,本文以南水北调中线工程河南叶县1标段魏岗铺北跨渠下承式钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,首先,采用振动频率法分析了吊杆两端在不同边界条件下,其理论计算索力与现场标定K值后的实测索力之间的差异。通过计算分析得到:采用等效铰接法计算得到的吊杆索力与现场标定K值后实测索力比较接近,误差均在5.5％以内,满足工程要求。 其次,采用有限元软件MIDAS/CIVIL分析计算了该下承式钢管混凝土拱桥在不同吊杆破损工况下的力学性能和空间稳定性。 静力安全性方面,当单根吊杆破损时,剩余吊杆最大应力、应力幅以及桥梁结构受力均满足设计和规范要求,单根吊杆破损对该下承式钢管混凝土系杆拱桥静力响应影响较小,单根吊杆破损是破损安全的;当有连续的3对吊杆发生破损时,这会导致桥梁结构某些位置出现拉应力、位移变化过大等而导致局部混凝土开裂,更严重的是引起吊杆的连锁破损,从而引起桥梁结构严重损伤,甚至整体垮塌。 动力安全性方面,该下承式钢管混凝土拱桥的振动形式主要表现为拱肋的面外横向振动、拱桥整体的竖向振动和扭转振动。拱肋的面外刚度相对较小,面内振型出现晚于面外振型。吊杆的设置使得桥面竖向振动表现为该拱桥的整体竖向振动;吊杆破损对该拱桥拱横向振动的自振频率影响较小,而对全桥竖向和扭转振动影响较大。吊杆的破损将导致桥梁结构竖向和扭转振动自振频率的降低,可见吊杆的完好对拱桥整体的安全性至关重要。 稳定安全性方面,各工况对应的桥梁结构第一阶稳定系数在4.85~5.26之间,满足根据国内已建钢管混凝土拱桥的设计经验,认为施工和运营期稳定系数大于或等于4的要求;吊杆破损对该拱桥的低阶稳定安全系数影响较小,即吊杆破损对结构体系的影响是破损安全的。其失稳形式主要表现为拱肋横向面外失稳。 |
| 作者： | 曹平 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 季日臣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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