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钢管混凝土窄拱桥的横向稳定性研究
| 论文题名： | 钢管混凝土窄拱桥的横向稳定性研究 |
| 关键词： | 钢管混凝土拱桥;窄桥;X型双肋拱;横向稳定性;单片桁架式;横撑分布;合理内倾角度 |
| 摘要： | 在公路和城市桥梁中,钢管混凝土拱桥以跨越能力大、承载能力高、工程造价低、养护维修费用少、造型美观和施工方便等特点,在国内外得到了广泛的应用.对于大跨径的钢管混凝土拱桥,特别是窄桥,其横向稳定性问题特别突出,通常成为设计的控制因素.本文在总结前人对圆弧拱横向稳定实用计算的研究成果基础上,对上承式、中承式、下承式X型双肋无铰拱桥的横向稳定性进行系统的分析研究,主要研究内容如下:1、利用能量原理,以桥面高度处的拱肋中心距作为桥梁的宽度,考虑中承式拱桥中桥面位置的影响,首次建立了包含上承式、中承式和下承式的X型双肋拱在保向力和非保向力作用下横向稳定临界荷载的统一计算公式.分析了拱肋的抗扭刚度和竖向抗弯刚度、横系梁的抗弯刚度与数量、矢跨比、宽跨比、拱肋内倾角度、桥面位置、桥面横向抗弯刚度等结构参数对拱横向稳定性的影响,并给出相应的图表.提出了改进X型双肋拱桥稳定性的方法.2、运用空间有限元数值分析,弥补了解析法中位移函数假设上缺陷所造成的结果偏差.分别对上承式、中承式和下承式X型双肋拱桥的合理拱肋内倾角度与各结构参数之间的关系进行系统的分析.通过回归方法得出下承式、中承式X型双肋拱桥合理内倾角度的近似表达式,可供工程设计参考.研究结果表明:不是所有的X型双肋拱桥都具有比平行拱桥更好的横向稳定性.拱肋内倾时能否提高拱的横向稳定性与拱系的宽跨比、横系梁在拱肋切向平面内的抗弯刚度、横系梁的数量及桥面在拱系立面上的位置等参数有关.在合理内倾角度下,拱肋内倾可以有效地提高拱的横向稳定性.3、对常见的平式横撑进行简化分析,将之等效为一字撑,并得出其换算抗弯刚度.运用响应面法得出K撑换算抗弯刚度的近似表达式.通过有限元数值分析,对双肋拱桥横撑的合理布置位置及其型式进行优化分析.研究结果表明:当设置多根横撑时(即横撑根数N≥3),在拱的各种结构参数下拱顶横撑在拱径向平面内的抗弯刚度对拱的横向稳定性影响不大.当拱的横向失稳屈曲模态为半波正对称时,在拱的0.21L~0.38L附近处对称设置平式横撑比较有效;当拱的横向失稳屈曲模态为半波反对称弯扭耦合时,在拱脚附近Ⅰ和拱顶的部分区域内设置平式横撑可以有效提高拱的横向稳定性.4、对铜瓦门大桥与丹东市月亮岛大桥的稳定性进行分析,并对设计与施工中的关键问题进行探讨,论证了单片桁架式钢管混凝土拱桥在大跨度窄桥中应用的合理性. |
| 作者： | 潘盛山 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 张哲 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2004 |
| 正文语种： | 中文 |
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