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钢管砼拱桥非线性稳定性的有限元分析
| 论文题名： | 钢管砼拱桥非线性稳定性的有限元分析 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱;稳定性;非线性;有限元分析;有限元模型;极限承载力;增量迭代法 |
| 摘要： | 钢管混凝土拱桥具有跨越距离大、承载力高、塑性和韧性好、施工方便、耐火和耐腐蚀性能好等优点,在实际工程中得到了越来越广泛的应用.钢管混凝土拱桥的破坏主要是拱肋的失稳破坏和强度破坏,失稳破坏有拱肋面内失稳和面外失稳破坏.对于大跨度的拱桥,在其达到面内外失稳时结构一般已进入弹塑性的变形范围,此时结构位移也比较大,因此拱桥的面内外稳定性问题是一个材料与几何非线性的双重非线性问题.本文同时考虑几何和材料的非线性,采用有限元方法分析钢管混凝土拱桥的面内和面外稳定性问题.本文首先建立了钢管混凝土拱肋的更为精细的有限元计算模型,即对钢管、核心混凝土及管内钢筋分别创建有限单元,其中对外围钢管采用4节点平板壳体单元,核心混凝土采用8节点实体单元,钢筋采用两节点拉压杆单元;然后利用完全Lagrange方法(T.L法)导出了8节点实体单元和4节点平板壳单元的切线刚度矩阵,对最终的非线性方程采用基于荷载增量的Newton-Raphson迭代方法进行求解.应用该有限元模型,首先对一钢管混凝土拱肋试验模型的面内极限承载力进行了计算,计算结果与试验结果以及采用单一梁单元的计算结果作了比较,验证了该方法的有效性;而后又对该拱肋模型进行了面外稳定性分析,获得了前几阶的面内外失稳形态以及在不同量值面外干扰力作用下的失稳极限承载力.在此基础上对一工程实例——义乌篁园桥的单拱肋的面内极限承载力和面外稳定性进行了计算,将面内的挠度计算结果与实测结果作了比较,并着重分析了在侧向水平风荷载共同作用下的拱肋的失稳形态和面内外失稳的顺序.实例计算表明本文的有限元计算模型不仅可以模拟任意截面形状、任意边界条件、任意荷载下的钢管混凝土拱肋,而且与采用统一理论的单一梁单元相比能更精确地求得拱肋的面内外失稳形态和极限承载力. |
| 作者： | 易建龙 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 陈水福 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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