韩江北桥主桥结构稳定及动力性能分析

摘要

近年来，由于钢管混凝土在桥梁上的应用，给拱桥的发展注入了新的活力。出于对桥梁美观的不断追求，非传统造型的无风撑斜靠式拱桥以其外形新颖、极富美感而发展迅速，极大地丰富了拱桥的造型。然而相比于在工程实践中的应用，无风撑斜靠式拱桥的理论研究却相对滞后，随着跨度的不断增大，其稳定及动力性能问题尤为突出。 本文收集了大量的有关钢管混凝土拱桥资料，对中、下承式拱桥的稳定性研究和动力性能的研究状况分别做了论述，同时简单论述了无风撑斜靠式钢管混凝土系杆拱桥的空间稳定理论及结构动力性能分析理论。并以潮州市韩江北桥主桥——85m+114m+160m+114m+85m五跨连续无风撑斜靠式钢管混凝土系杆拱桥为研究对象，利用大型通用有限元计算软件ANSYS建立该桥空间三维分析模型，分为成桥运营状态下全桥均布荷载以及半桥均布荷载两种工况进行桥梁空间稳定性分析，采用兰索斯法求得成桥状态下的失稳模态；同时采用子空间法分析结构的动力性能，确定成桥状态下的自振频率与振型。利用钢管混凝土结构设计规程及相关设计理论，对该桥的结构稳定性及动力特性进行分析。结论认为，桥梁主体结构的空间稳定性满足规范要求，但桥面系必须采取措施提高竖向刚度并加强桥面板与主体结构的连接，以确保结构的正常使用；斜靠式拱桥的空间效应比较明显，拱肋的横向刚度相对较小，拱肋的竖向刚度和桥面系的面内刚度相对较大，桥梁低阶振型以桥梁拱肋横向振动为主，从而提供了斜靠式拱桥的振动特征。以上相关研究结论可为类似工程提供参考。

目录

文摘

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第一章绪 论

1.1钢管混凝土在拱桥中的应用与发展

1.2中下承式拱桥稳定性能研究

1.3钢管混凝土拱桥动力性能研究

1.4问题的提出以及研究意义

1.5本课题的主要工作和内容

第二章工程背景

2.1工程概况

2.2韩江北桥的结构设计

2.2.1拱肋

2.2.2吊杆

2.2.3水平系杆

2.2.4桥面系

2.3韩江北桥的施工

2.3.1钢管拱肋的加工

2.3.2钢管拱肋的现场安装

2.3.3拱脚与钢管混凝土的灌注

2.3.4横、纵梁的安装

2.3.5系杆与吊杆施工

2.4本章小结

第三章无风撑斜靠式钢管混凝土拱桥的结构分析理论

3.1钢管混凝土拱桥结构体系

3.2无风撑斜靠式钢管混凝土拱桥的结构特点以及动力学特性

3.2.1无风撑斜靠式钢管混凝土拱桥的结构特点

3.2.2无风撑斜靠式钢管混凝土拱桥的动力学特性

3.2.3动力性能分析理论

3.3无风撑斜靠式钢管混凝土拱桥的空间稳定性分析

3.3.1空间稳定理论

3.3.2横撑设置的影响

3.3.3面内稳定

3.3.4面外稳定

3.3.5非线性理论

3.3.6拱桥空间稳定分析方法

3.4本章小结

第四章韩江北桥主桥结构稳定及动力性能分析

4.1 ANSYS有限元软件简介

4.2桥梁有限元的模拟及离散

4.2.1 LINK10单元

4.2.2 SHELL93板壳单元

4.2.3 BEAM188梁单元

4.2.4 SOLID45实体单元

4.3韩江北桥力学模型

4.3.1钢管混凝土统一理论

4.3.2桥面空心板及槽形板的等效换算

4.3.3韩江北桥力学模型的建立

4.4韩江北桥成桥状态下的空间稳定分析

4.4.1空间稳定性分析的计算

4.4.2计算结果分析

4.5韩江北桥动力性能分析

4.5.1动力特性分析

4.5.2计算结果分析

4.6本章小结

结论及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢