系杆拱桥短吊杆空间受力特性与损伤机理研究

摘要

由于我国中下承式系杆拱桥的建设起步较晚，现阶段这些桥梁吊杆的问题还未完全暴露，对吊杆存在的问题重视不够，研究相对滞后，左右两侧短吊杆常处在吊杆、立柱与拱肋交接处的特殊位置，造成短吊杆的弯曲刚度比其他吊杆要大很多，使得短吊杆适应变形的能力比其他吊杆适应变形的能力要差很多。因此造成了系杆拱桥常常在荷载作用下发生短吊杆断裂事故。基于短吊杆在系杆拱桥吊杆中的重要性，本文研究的主要内容如下:
　　1、简要叙述系杆拱桥的发展，针对系杆拱桥吊杆的各种情况作了简要的说明，总结了系杆拱桥短吊杆国内外研究现状。
　　2、通过国内外有关资料阅读与研究，总结分析了系杆拱桥短吊杆的结构行为及其影响因素。
　　3、以某系杆拱桥为例，通过有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥模型比较分析该系杆拱桥短吊杆在恒载、汽车荷载、温度变化、承载能力极限状态作用下与其他吊杆轴力以及其他附加内力的差异情况。通过有限元软件ANSYS根据各种荷载作用下吊杆两端节点变化合理简化与假定模拟吊杆实体分析短吊杆非固结段的应力、应力幅变化情况。
　　4、根据不同吊杆之间的附加内力以及应力幅规律初步讨论系杆拱桥短吊杆的疲劳破坏规律和环境腐蚀对于短吊杆的影响。
　　本文的主要研究结果:
　　1、计算结果表明系杆拱桥短吊杆在恒载、汽车、温度、承载能力极限状态作用下，引起拱肋与桥面发生变形差异，从而导致短吊杆两端受到的附加剪力与附加弯矩比其他吊杆的附加剪力与附加弯矩要大很多。
　　2、计算结果表明系杆拱桥吊杆在恒载、汽车、温度、承载能力极限状态作用下固结段与非固结段交接区域内出现了较为明显的应力集中现象。短吊杆的最大应力和应力集中在固结段与非固结段连接区域内比其他吊杆的更大更明显。
　　3、吊杆在交变应力反复作用下，疲劳裂纹主要出现在吊杆锚头与钢索连接区域内的高应力集中区域内。
　　4、环境腐蚀加速了高应力集中区域疲劳裂纹的扩展，疲劳裂纹的产生也加速了环境腐蚀对短吊杆的速度。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 系杆拱桥的发展简史

1．2 系杆拱桥吊杆常见构造与分类

1．3 系杆拱桥吊杆国内外研究现状及存在的问题

1．4 本论文的主要工作

第二章 系杆拱桥短吊杆结构受力特性及其影响因素

2．1 结构尺寸对短吊杆受力的影响

2．1．1 吊杆固有频率对短吊杆受力的影响

2．1．2 吊杆面积对短吊杆受力的影响

2．1．3 吊杆间距对短吊杆受力的影响

2．2 混凝土收缩、徐变作用对短吊杆的受力影响

2．2．1 混凝土收缩对短吊杆的受力影响

2．2．2 混凝土徐变对短吊杆受力影响

2．3 动力行为对短吊杆受力的影响

2．3．1 桥梁振动对短吊杆的受力影响

2．3．2 涡激共振对短吊杆的受力影响

2．4 本章小结

第三章 系杆拱桥短吊杆受力特性与变形计算分析

3．1 有限单元模型的建立

3．2 短吊杆受恒载作用的计算分析

3．2．1 在恒载作用下短吊杆受力情况

3．2．2 恒载作用下短吊杆两端位移与转动变形量

3．2．3 在恒载作用下短吊杆应力情况

3．3 在汽车荷载作用下的计算分析

3．3．1 汽车荷载作用下短吊杆受力情况

3．3．2 吊杆两端节点在汽车荷载作用下的位移与转动变形量

3．3．3 在汽车作用下短吊杆应力情况

3．4 温度作用下的计算分析

3．4．1 温度作用下短吊杆受力情况

3．4．2 吊杆两端节点温度作用下的位移与转动变形量

3．4．3 温度作用下短吊杆应力情况

3．5 承载能力极限状态下的计算分析

3．5．1 承载能力极限状态下短吊杆受力情况

3．5．2 吊杆两端节点承载能力极限状态下的位移与转动变形量

3．5．3 承载能力极限状态下短吊杆应力情况

3．6 本章小结

第四章 系杆拱桥短吊杆损伤机理研究

4．1 疲劳荷载对短吊杆损伤机理的影响规律

4．1．1 疲劳破坏的概念

4．1．2 疲劳破坏与静力破坏的区别

4．1．3 短吊杆疲劳破坏的过程及产生条件

4．2 环境腐蚀对短吊杆损伤机理的影响规律

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果