“释能法”加固桁式组合拱桥结构计算分析研究

摘要

桁式组合拱桥作为我国上世纪八十年代首创的一种新型桥型，以其结构轻盈美观、跨越能力强、省工省料、施工简便等突出优点，在近30年来得到了大力的推广。然而，经过近30年的发展和使用，这种桥型逐渐暴露出许多缺陷。及时地对这类病危桁式组合拱桥进行加固维修已到了刻不容缓的地步。然而，就目前传统的旧桥加固与维修方法对桁式组合拱桥来说，多数情况下所起的作用是相当有限的。
　　 “释能法”是指将原来的无铰拱在拱脚部位采用特殊技术进行处理后，改变其结构体系和受力状态，使其在受力过程中通过调整结构内力，达到内力重新分配，发掘主拱的自身潜力，经济、快捷提高拱式桥梁承载力的新方法、新技术和新工艺。
　　 随着“释能法”加固技术的深入研究和在多座桥梁的加固当中成功的运用，“释能法”加固技术被越来越多的人们所认可。尤其是2008年以蒙云教授为首的重庆交通大学课题组采用“释能法”加固技术成功的完成了贵州省源村大桥的加固，加固效果得到同行的高度认可。因此，进行“释能法”加固桁式组合拱桥结构计算分析研究具有十分重要的意义。
　　 论文以法德大桥为工程背景，首先利用桥梁博士3.0建立法德大桥原桥有限元模型，模拟其施工过程，并进行恒载、活载及荷载组合作用下的静力分析，得出桁式组合拱桥病害和缺陷产生的主要原因。然后采用有限元结构计算软件ANSYS中的“接触面”模拟新拱脚处“释能槽”的受力状况，解决“释能法”加固桁式组合拱桥有限元计算中最重要的“释能槽”模拟问题。在此基础上，以法德大桥工程的实践为依托，通过建立“释能拱”和无铰拱两种体系的有限元模型，并对计算结果进行分析比较，验证了“释能法”提高桁式组合拱桥承载力的正确性，采用有限元计算“释能法”的可行性。证明采用“释能法”提高桁式组合拱桥承载力是安全的、可行的。对于“释能法”加固拱桥技术的推广应用具有一定的意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1公路旧桥的加固意义、技术途径、设计原则及基本要求

1.1.1目前桥梁的病害情况与加固改造的意义

1.1.2桥梁加固改造的主要技术途径

1.1.3桥梁加固设计原则

1.1.4桥梁加固改造的基本技术要求

1.2桁式组合拱桥的历史和现状

1.2.1桁式组合拱桥的产生和发展

1.2.2预应力桁式组合拱桥现状

1.3预应力桁式组合拱桥加固方法研究意义

1.4本文的研究目的和主要内容

1.4.1研究目的

1.4.2主要内容

第二章 桁式组合拱桥的主要病害分析和加固方法探

2.1桁式组合拱桥的主要特点和缺陷

2.1.1桁式组合拱桥的主要特点

2.1.2桁式组合拱桥存在的主要缺陷和病害

2.1.3桁式组合拱桥病害产生内在机理

2.2桁式组合拱桥加固思路和方法

2.2.1桁式组合拱桥的加固思路

2.2.2桁式组合拱桥加固方法综述

2.3桁式组合拱桥释能法加固思路

2.4桁式组合拱桥采用释能法加固的可行性分析

2.4.1桁式组合拱桥释能法加固应用分析

2.4.2桁式组合拱桥释能法加固方案及措施

2.5释能法加固桁式组合拱桥成功案例

2.6本章小结

第三章 释能法的加固原理和传统计算模式简介

3.1释能拱的概念

3.2释能法的理论基础

3.3释能法提高拱桥承载力的力学原理

3.4释能法提高拱桥承载力的计算模型及方法

3.4.1释能拱结构计算原理及计算模型

3.4.2释能拱结构的受力模型

3.4.3释能法叠加综合法计算流程

3.5偏心弯矩Wk分析及M’、N’计算

3.5.1偏心弯矩Wk分析

3.5.2偏心弯矩Wk的特点

3.5.3偏心弯矩Wk在双铰拱中产生的内力计算

3.6释能拱的受力特点和力学特性

3.6.1释能拱的受力特点

3.6.2释能拱的力学特性

3.7本章小结

第四章 释能法提高拱桥承载力有限元分析的理论基础

4.1有限元单元法的基本概念

4.2有限元建模的基本思路及计算步骤

4.2.1有限元建模的基本思路

4.2.2有限元分析的计算步骤

4.3释能法提高拱桥承载力的有限元建模

4.3.1释能拱与其它拱桥的构造区别

4.3.2释能拱新拱脚边界条件的处理

4.3.3“接触面”单元模拟“释能拱”拱脚边界条件的用法实例

4.4本章小结

第五章 释能法加固桁式组合拱桥数值计算实例—法德大桥

5.1工程概况

5.2法德大桥原结构计算复核

5.2.1工程背景

5.2.2模型的建立

5.2.3主要分析成果

5.2.4活载分析及承载能力极限状态评定

5.2.5法德大桥出现病害和缺陷的主要原因

5.3法德大桥加固方案及措施

5.3.1无铰拱加固方案及措施

5.3.2释能法加固方案及措施

5.4法德大桥加固后建模计算

5.4.1释能法加固后的有限元模型

5.4.2无铰拱加固后的有限元模型

5.5计算结果对比与分析

5.5.1释能拱与无铰拱两个新拱脚之间关键部位应力计算结果及分析

5.5.2释能拱与无铰拱两个新拱脚之外关键部位应力计算结果及分析

5.5.3释能拱与无铰拱有限元计算各关键部位挠度及变形的比较

5.5.4释能拱有限元计算与SNGQ计算程序结果的比较

5.5.5结论

5.6本章小结

第六章 释能法加固桁式组合拱桥的原则和关键技术

6.1释能法加固改造的原则

6.2释能法加固桁式组合拱桥关键技术一体系转换技术

6.3释能法加固桁式组合拱桥的施工工艺

6.4本章小结

第七章 结束语

7.1结论

7.2展望

致 谢

参考文献

附录

在学期间发表的论著及取得的科研成果