单肋中承式钢拱桥的稳定性分析

摘要

拱桥作为一种承压体系，承载能力必定会受到稳定性的影响。其中单肋钢拱桥因横向刚度小、面外刚度远小于其面内刚度，其稳定问题更是突出。本文以单肋中承式钢拱桥——厦门市天圆大桥为工程背景，主要进行了以下工作的研究:
　　(1)总结了拱桥屈曲临界荷载的计算方法，并通过算例进行了稳定性计算分析，总结出实用计算法和有限元计算法各自的优缺点及适用范围。
　　(2)通过大型有限元计算软件ANSYS对厦门市天圆大桥进行了14种荷载工况下的结构线弹性稳定性分析，并得出拱桥的稳定安全系数和失稳模态，分析不同的活荷载布置方式对该拱桥稳定性的影响。
　　(3)对该拱桥分别进行几何非线性、材料非线性、双重非线性稳定性分析，得出荷载—位移曲线，通过与线弹性稳定性分析结果对比，讨论了考虑几何非线性和材料非线性后对稳定计算的影响。
　　(4)分析主梁抗弯刚度、拱肋抗弯刚度、吊杆刚度、拱肋截面最优宽高比的选取、以及拱肋截面壁厚对该拱桥稳定性的影响。
　　(5)对拱桥进行不同初始缺陷条件下的几何非线性稳定性分析，并在一个固定的初始缺陷和不同的材料本构模型及强化准则条件下对拱桥进行双重非线性稳定性分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 拱桥的发展历史与现状

1．2 拱桥稳定性研究的必要性

1．3 拱桥稳定理论的研究历史和现状

1．3．1 拱桥的面内弹性屈曲

1．3．2 拱桥的面外弹性屈曲

1．3．3 拱桥极限稳定承载力研究

1．3．4 拱桥稳定分析的有限元方法

1．4 目前研究当中存在的不足

1．5 本文的研究内容

第二章 稳定问题的有限元分析理论

2．1 稳定问题的分类

2．2 线弹性稳定问题的有限元分析理论

2．3 非线性稳定问题的有限元分析理论

2．3．1 几何非线性分析的相关理论

2．3．2 材料非线性分析的相关理论

2．3．3 双重非线性分析的相关理论

2．4 非线性问题的有限元求解方法

2．4．1 迭代法

2．4．2 增量法

2．4．3 混合法

2．5 小结

第三章 拱桥屈曲临界荷载的计算方法的比较

3．1 稳定问题的计算方法筒论

3．2 线弹性稳定问题的计算方法

3．2．1 三种常见拱的屈曲临界荷载的理论计算

3．2．2 按等效压杆计算临界轴向压

3．2．3 三种规范中的稳定问题的计算方法

3．2．4 线弹性稳定问题有限元计算方法

3．3 非线性稳定问题的计算

3．3．1 非线性稳定问题的实用计算方法

3．3．2 非线性稳定问题的有限元分析法

3．4 实例分析

3．4．1 模型概况

3．4．2 线弹性稳定性分析

3．4．3 弹塑性稳定性分析

3．4．4 计算方法的对比

3．5 小结

第四章 拱桥稳定性的有限元分析

4．1 工程概况

4．2 全桥有限元模型的建立

4．3 荷载工况的设定

4．4 线弹性稳定性有限元分析

4．4．1 线弹性稳定性有限元分析理论

4．4．2 恒载作用下的稳定性分析

4．4．3 各工况荷载作用下拱桥稳定性分析

4．5 非线性稳定问题的有限元分析

4．5．1 几何非线性稳定性分析

4．5．2 材料非线性稳定性分析

4．5．3 双重非线性稳定性分析

4．6 小结

第五章 拱桥稳定性的影响参数分析

5．1 线弹性稳定性的影响参数分析

5．1．1 主梁抗弯刚度对拱桥线弹性稳定性的影响

5．1．2 拱肋抗弯刚度对拱桥线弹性稳定性的影响

5．1．3 吊杆刚度对拱桥线弹性稳定性的影响

5．1．4 拱截面的宽高比对拱桥线弹性稳定性的影响

5．2 非线性稳定性影响参数

5．2．1 初始缺陷对拱桥非线性稳定性的影响

5．2．2 材料模型的选取对拱桥非线性稳定性的影响

5．3 小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者攻读硕士学位期间撰写的论文