空腹式钢引桥受力性能分析研究

摘要

随着港口运输的蓬勃发展，码头建设不断完善，钢引桥作为一种新型栈桥形式，凭借其可靠的受力性能和较低的建造成本，受到广大设计师的青睐。港湾和内河桥梁承受较大的风荷载作用，稳定问题不容忽视。空腹式钢引桥作为钢拱桥的一种基本桥型，强度、刚度、稳定性是对其进行分析研究的主要内容。故稳定问题显得比以往更为重要。本文以湖北省荆门石化总厂原油码头60米跨径钢引桥为依托工程，基于拱桥的稳定理论和极限承载力理论，运用Midas/Civil2015通用有限元软件，建立全桥的空间整体模型。首先，对成桥状态下钢引桥的强度、刚度、稳定性做了系统研究。分析了风速从0m/s增大到60m/s时对钢引桥稳定性的影响，在此基础上探讨了不同风速条件下钢引桥极限承载力的变化规律。其次，基于竖向最大挠度和荷载工况一致，对两种不同结构形式钢引桥的受力性能与经济性进行对比分析。再者，分析拱肋采用不同平联系形式时，对钢引桥稳定性的影响。最后，运用独立变量法，分析了钢材厚度、拱肋截面形式、拱肋加肋、拱肋不同内倾角等因素对钢引桥稳定性的影响。
　　本研究主要内容包括：①通过对全桥进行静力分析，钢引桥强度、刚度、稳定性均满足规范要求。观察结构屈曲模态发展，钢引桥主要发生四种失稳形式，其中拱肋局部失稳最先发生。相比实腹式，空腹式钢引桥更省钢材，受力性能与实腹式相比差别不大。②随着风速的加大，钢引桥的稳定系数呈现非线性的下降趋势，并且钢引桥的极限承载力下降非常明显。尤其，当风速大于20m/s时，钢引桥的稳定性和极限承载力急剧下降。③分析不同平联系形式对钢引桥稳定性的影响，不同平联系布置形式条件下钢引桥的稳定性不同，平联系采用连续布置情况时，稳定性最好。④对比三种不同拱肋截面形式对桥梁稳定性的影响，发现拱肋采用钢箱截面时，桥梁稳定系数和极限承载力均最大，其次是热轧H型钢，最后焊接H型钢。⑤钢引桥拱肋加肋有利于提高钢引桥的稳定性，拱肋拱脚端加肋效果更好，拱肋加两条纵肋比加一条纵肋稳定性提高非常明显。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景及意义

1．2 钢拱桥发展历史与现状

1．2．1 国外钢拱桥发展

1．2．2 国内钢拱桥发展

1．3 空腹式钢引桥发展现状

1．3．1 钢引桥应用发展现状

1．3．2 钢引桥计算方法现状

1．3．3 钢引桥数值模拟现状

1．4 空腹式钢引桥发展展望

1．5 本文主要研究内容

2．1 稳定问题概述

2．1．1 稳定问题与强度问题的区别

2．1．2 结构在静力作用下的两类失稳问题

2．1．3 平衡稳定性的判定准则

2．2 两类稳定问题的有限元分析

2．2．1 第一类稳定问题的有限元分析

2．2．2 第二类稳定问题的有限元分析

2．3 拱的稳定问题

2．3．1 拱的平面内屈曲

2．3．2 拱的平面外失稳

2．4 非线性有限元分析理论

2．4．1 几何非线性的有限元分析方法

2．4．2 材料非线性的有限元分析方法

2．4．3 弹塑性本构(应力应变)矩阵的增量表达式

2．5 非线性有限元问题的求解方法

2．5．1 增量法

2．5．2 迭代法

2．5．3 混合法

2．5．4 收敛准则

2．6 Midas/civil有限元分析软件的简介

2．7 本章小结

3．1 工程概况

3．2 全桥有限元模型建立

3．3．1 荷载计算

3．3．2 加载工况介绍

3．4 钢引桥静力计算及其结果分析

3．4．1 钢引桥刚度分析

3．4．2 钢引桥强度分析

3．5．1 钢引桥成桥状态下的线弹性稳定分析

3．5．2 风载对钢引桥极限承载力的影响

3．6 两种钢引桥静力特性分析

3．6．1 有限元模型

3．6．2 两种钢引桥刚度分析

3．6．3 两种钢引桥强度分析

3．6．4 两种钢引桥稳定性分析

3．7 本章小结

第四章 影响钢引桥稳定性的参数分析

4．1 平联系形式对钢引桥稳定性的影响

4．2 钢材设计参数对钢引桥受力性能影响

4．2．1 对钢引桥稳定性的影响

4．2．2 对钢引桥极限承载力的影响

4．3 拱肋内倾角的影响对钢引桥稳定性的影响

4．4 拱肋截面形式改变对钢引桥稳定性的影响

4．4．1 对钢引桥稳定性的影响

4．4．2 对钢引桥极限承载力的影响

4．5 钢箱加肋对钢引桥的影响

4．6 活荷载布置对钢引桥的影响

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 建议与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文以及研究成果