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单肋斜撑钢管混凝土拱桥稳定性及动力特性分析
| 论文题名： | 单肋斜撑钢管混凝土拱桥稳定性及动力特性分析 |
| 关键词： | 单肋斜撑钢管混凝土拱桥;稳定性;动力特性;自振特性;面外刚度 |
| 摘要： | 单肋斜撑钢管混凝土拱桥是近年来出现的一种新型桥梁，它桥型美观大方、结构新颖、施工简单快捷，在桥梁建设领域具有较大发展空间。广梧高速双凤至平台段是交通部和广东省联合示范工程，考虑到在满足高速公路总体布设的情况下，要做到上跨桥的平、纵、横与下穿的高速公路线型协调一致，平顺流畅、美观、安全、经济，并充分注重景观设计，设计单位在K111+495跨线桥设计中采用了这一新颖桥梁结构形式。 钢管混凝土拱桥由于材料强度的提高，施工及成桥后的稳定问题突出，而且由于拱跨的增大，桥梁结构及构件变得越来越轻柔，其动力特性也显得日益突出，如何在现有的经济及技术条件下，合理解决拱桥的稳定性及动力特性问题，成为制约该桥型进一步发展的关键因素。 本文在系统介绍拱桥稳定性计算理论和动力有限元理论基础上，运用有限元软件ANSYS，以广梧高速双凤至平台段K111+495跨线桥作为工程实例，对其稳定性及动力特性进行了分析，主要进行了以下几个方面的工作： (1)考虑几何、材料双重非线性影响，采用钢管混凝土统一理论本构关系，对其施工阶段稳定性进行了分析，结果表明：考虑几何非线性，各工况稳定安全系数较线弹性稳定安全系数降低10％左右，考虑几何、材料双重非线性，各工况稳定安全系数较线弹性稳定安全系数降低60％左右。 (2)考虑钢管混凝土拱桥成桥运营阶段可能的不利工况，采用线弹性屈曲方法，对其成桥状态稳定性进行分析，结果表明：该桥在成桥状态下各工况前十阶失稳模态基本相同，结构第一阶失稳特征为拱肋面外对称屈曲，桥面系扭转，说明结构的横向刚度弱于纵向刚度，容易发生面外失稳。 (3)采用空间迭代法分析计算该桥前十阶自振频率、振型，结果表明：该桥拱肋的面外刚度相对较小，在桥梁振动中首先出现拱肋的面外振动，桥梁前10阶振型中有4阶为拱肋的面外振动，拱肋面外自振基频明显小于全桥竖向自振基频，表明桥梁面内外刚度相差较大，桥梁的整体竖向刚度比拱肋的横向刚度大。 (4)探讨了横撑布置、传力构件、拱肋刚度、矢跨比、宽跨比对该桥动力特性的影响，结果表明：横撑对提高该桥的横向整体刚度有一定的贡献，同时也能够防止过早出现拱肋的局部横向失稳的情况；改变该桥拱肋抗压刚度对于各阶振型频率计算的影响极小，而改变抗弯刚度则对各阶振型频率的计算有一定的影响；矢跨比对钢管混凝土拱桥的自振特性影响十分显著；宽跨比仅对桥面系的面外刚度有较大影响，桥面系的面外刚度随着宽跨比的增大而降低。 |
| 作者： | 龚凯 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 刘沐宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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