大跨径钢桁拱桥系杆转换问题的研究与实践

摘要

模型试验是对桥梁设计中理论计算有力的补充和完善，现今试验测试手段的发展和理念的提升，使得模型试验可以有效的模拟实桥并捕捉到结构行为信息。将之与理论计算结合使用，可以相互验证、补充和修正。模型试验、特别是模拟施工全过程的模型试验是实际建设过程的预演，它本身具有其它手段无法替代的与工程实际的相似性。可以提前发现设计及施工中的问题，从而防患于未然。
　　 本文以大跨连续钢桁系杆拱桥重庆朝天门长江大桥主桥为工程依托，采用空间有限元分析软件MidasCivil6.7.1，根据不同的临时系杆和永久系杆转化方案，通过有限元分析和试验验证了，临时系杆和永久系杆进行一次转换是不可取的，应多分几级进行转换，以便使结构受力均匀变化，主墩位移缓慢增加；并验证了结构在正常使用的前提下，对临时系杆施加一定的力，杆件的应力变化基本符合线性关系；还验证了外界温度变化对重庆朝天门长江大桥实桥内力的影响，当主拱温度升降温和桥面温度梯度共同作用下，对主拱上下弦杆件受力均是不利的，特别是当主拱温度降温和桥面温度梯度共同作用下，会使刚性横梁内力增大，以致于局部螺栓被剪断；同时成桥以后上下游支座移动是否同步的问题，也会使结构杆件的应力增大，局部发生变形，并提出了一些结论，可以为同类钢桁拱桥提供理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1大跨度钢桁拱桥的发展情况

1.1.1国外大跨度钢桁拱桥的发展情况

1.1.2国内大跨度钢桁拱桥的发展情况

1.2大跨度钢桁拱桥的结构型式及构造特点

1.2.1大跨度钢桁拱桥的主要结构型式

1.2.2大跨度钢桁架拱桥的结构组成

1.2.3大跨度钢桁拱桥结构体系的特点

1.2.4大跨度钢桁拱桥建造的关键问题研究现状

1.3本文立题的意义及研究内容

1.3.1开展本课题的意义及必要性

1.3.2本文研究的内容

1.4本论文的创新点

第二章 大跨度拱桥计算理论

2.1概述

2.2大跨度拱桥挠度理论的控制方程与求解方法

2.2.1大跨度拱桥的几何非线性分析

2.2.2大跨度拱桥挠度理论的控制平衡微分方程

2.2.3约束方程

2.3大跨度拱桥空间静力分析的有限元理论

2.3.1桥梁结构有限元分析的一般步骤

2.3.2空间单元有限元基本理论

2.3.3空间有限元计算程序的实现

2.4本章小结

第三章 大跨度钢桁拱桥结构静力分析

3.1工程背景

3.1.1重庆朝天门长江大桥实桥概况

3.1.2重庆朝天门长江大桥的主桥技术标准

3.1.3重庆朝天门长江大桥模型桥概况

3.1.4重庆朝天门长江大桥模型桥与实桥的差异

3.2 MIDAS Civil 6.7.1程序简介

3.2.1结构离散

3.2.2有限元建模所用的截面和材料

3.2.3施工阶段信息

3.2.4模型桥建模的边界条件

3.2.5模型桥建模时的荷载取值

3.3模型桥的有限元分析结果

3.3.1合拢状态下模型桥梁单元轴向应力图

3.4三种系杆更换程序下模型桥有限元分析结果

3.4.1三种系杆更换程序下各工况的梁单元轴向应力图

3.5模型桥在理论计算下的分析结果

3.6模型桥在模型试验下的分析结果

3.7模型桥对于实桥的指导意义

3.8本章小结

第四章 临时系杆内力变化对钢桁拱桥内力的影响

4.1荷载分级下钢桁拱桥临时系杆的施工工况

4.2模型桥在各工况下有限元分析结果

4.2.1模型桥在各工况下梁单元轴向应力图

4.3模型桥在各工况下最不利杆件的应力大小

4.4模型桥在各工况下最不利杆件的应力计算曲线和拟合曲线

4.5模型桥在各工况下最不利杆件的应力曲线与拟合曲线的关系

4.6本章小结

第五章 温度变化对钢桁拱桥内力的影响

5.1外界温度对桥梁结构的影响

5.2本章的主要内容

5.3实桥在温度荷载下的有限元分析

5.3.1实桥在温度工况下的梁单元轴向应力图

5.3.2实桥在温度工况下的有限元计算结果

5.3.3桥面纵梁在主拱温度升高或降低+桥面温度梯度下的应力变化

5.4上下游支座移动状态下实桥的有限元分析

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1研究结论

6.2有待进一步研究的问题

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果