静风荷载作用下大跨度钢管混凝土拱桥稳定性研究

摘要

钢管混凝土拱桥凭借其承载力高、稳定性好、经济效益良好等优点，被广泛运用于我国交通建设中。随着桥梁设计理论的进步、制造工艺的发展、新型构筑材料的研发，桥梁正向跨度更大、质量更轻柔方向发展，其中风荷载在桥梁建设与运营中的影响作用越发明显。
　　本研究主要内容包括：⑴利用有限元模型，模拟静风荷载作用下合龙前最大悬臂状态、拱上立柱状态、成桥状态三种工况下的位移变形，指出最大位移变形量出现在最大悬臂状态，并为施工过程抗风防护提出建议。⑵分析研究了最大悬臂状态、成桥状态下的动力特性，得到前十阶振动响应图。通过分析振动响应图，发现在成桥状态拱肋的面内振型出现比面外振型晚，表明结构面内刚度强度面外刚度;对称振型比反对称出现晚，表明在成桥阶段各个构件以形成一个统一整体，能够发挥协调作用，但因成桥运营期较长，因此应着重加强此阶段的抗风防护;通过分析最大悬臂状态下的振型图，发现最大振幅发生在主拱圈顶端，而悬臂仅靠固结拱脚与缆风维持平衡，在风荷载的作用下容易发生失稳现象，因此需加强缆风的强度。⑶结合规范分别对颤振、驰振、涡激共振稳定性进行阐述，并对依托的工程实例进行验算，结果表明该工程中钢管混凝土拱桥具有较强的稳定性能，在此基础上详细阐述风致振动控制措施。⑷对合龙前最大悬臂状态的稳定性进行分析，提出优化拱肋横撑布置及缆风索角度的相关措施。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钢管混凝土拱桥介绍

1．1．1 钢管混凝土拱桥的特点及发展历程

1．1．2 钢管混凝土拱桥的分类

1．2 钢管混凝土拱桥风荷载研究现状

1．2．1 风荷载研究现状

1．2．2 钢管混凝土拱桥静风稳定性研究现状

1．3 本文主要研究内容

第二章 工程背景与建模过程

2．1 引言

2．2 工程背景

2．2．1 工程特点

2．2．2 工程结构

2．3 桥梁模型的建立

2．3．1 模型建立的整体思路

2．3．2 建模所采用单元及基本参数条件

2．3．3 结构模型的建立

2．4 本章小结

第三章 静风荷载作用下桥梁稳定性分析

3．1 引言

3．2 静风稳定性基本理论

3．2．1 三分力系数

3．2．2 风致静力失稳

3．3 静风荷载计算

3．3．1 风荷载基本理论

3．3．2 设计基准风速

3．3．3 静风风速

3．3．4 静风荷载

3．3．5 墩、塔、吊杆和主缆上的静风荷载值

3．4 三种工况下静风响应分析

3．4．1 桥址处基本参数确定

3．4．2 三种工况下的静风响应分析

3．5 本章小结

第四章 钢管混凝土拱桥动力特性分析

4．1 桥梁动力特性分析

4．1．1 成桥状态动力特性分析

4．1．2 最大悬臂状态动力特性分析

4．2 稳定性验算

4．2．1 颤振稳定性验算

4．2．2 弛振验算

4．2．3 涡激共振验算

4．3 桥梁风振控制方法

4．3．1 气动措施

4．3．2 机械措施

4．4 本章小结

第五章 提高钢管混凝土拱桥稳定措施

5．1 拱桥稳定性概述

5．1．1 稳定基本理论

5．1．2 稳定性问题的有限元计算

5．2 横撑对结构稳定性影响

5．2．1 去掉横撑和只去掉一组横撑的施工稳定性分析

5．2．2 去掉两对横撑的施工稳定性分析

5．3 缆风索对结构稳定性影响

5．3．1 缆索水平角度

5．3．2 缆风索布置位置

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 不足与展望

致谢

参考文献

个人简历、攻读学位期间取得的研究成果