大桁拱桥力学原理及力学性能研究

摘要

拱结构受力以受压为主，具有承载能力高、受力明确、刚度大等优点，但跨越能力受其稳定性制约。桁架结构以杆件受拉压为主，受力体系简单，组合形式多种多样，通过合理布置杆件，能使抗弯抗剪强度最大化，从而充分发挥材料的强度。针对两种结构的受力特征，本文提出了一种新的拱桥结构形式——大桁拱桥，其结构特征为以拱肋作为上弦杆、主梁为下弦杆，仅在1/4到3/4区域内设置腹杆，柔性吊杆按正常布置，从而构成一个带柔性吊杆的大桁架结构，使得该结构同时具有拱及桁架的优点。 本文给出了大桁拱桥的结构形式及力学原理，并对大桁拱桥的力学性能进行了深入研究。通过有限元软件建模对大桁拱桥的结构强度、刚度、稳定性、动力特性及温度响应进行分析并与传统拱桥进行对比，同时对大桁拱桥在不同跨径和矢跨比下的受力特点进行研究。结构表明，在仅增加少量用钢的条件下，与传统拱桥相比，大桁拱桥结构整体刚度大幅提高，稳定性和动力性能也远优于传统拱桥，在不同的跨径和矢跨比下均有很好的适应性。最后本文还给出了500米级的大桁拱桥试设计。 大桁拱桥结构刚度大、稳定承载力高，动力特性得到了很大的改善，同时受力明确，构思巧妙，施工简单方便，造价经济合理，在适合的地形、地质和水文等条件下有较好的应用价值，是一种有竞争力的新桥型，特别是可用于修建高铁用桥，大跨度、特大跨度拱桥。新的结构体系对拱桥实现刚度提升、突破稳定性瓶颈提供了新的有效途径，具有很大的工程应用前景。

目录

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摘要

第一章绪论

1．1拱桥设计发展史

1．2国内外研究概况

1．2．1拱桥研究概况

1．3拱桥的未来发展趋势

1．3．1创新桥型与体系的发展

1．3．2新材料与新连接技术

1．3．3追求力学与美学的统一

1．4研究内容及目的

1．5技术路线与研究方法

第二章大桁拱桥的基本理论

2．1大桁拱桥的结构形式

2．2大桁拱桥的力学原理

2．2．1腹杆的设置

2．2．2新增构件非保向力正效应分析

2．2．3大桁拱桥整体协作原理

2．3大桁拱桥参数研究

2．3．1计算软件的选取

2．3．2构件参数及荷载工况

2．3．3不同跨度对大桁拱桥力学性能的影响

2．3．4不同矢跨比对大桁拱桥力学性能的影响

2．4本章小结

第三章大桁拱桥的静力学性能分析

3．1计算分析总体思路

3．1．1建模步骤

3．1．2设计基本规范

3．1．3结构基本参数取值

3．2结构静力学性能分析

3．2．1建立有限元计算模型

3．2．2强度计算

3．2．3刚度计算

3．3本章小结

第四章大桁拱桥的自振特性

4．1振动基本理论

4．2自振特性分析

4．3大桁拱桥与对比拱桥自振频率对比分析

4．4本章总结

第五章大桁拱桥稳定性分析

5．1拱桥的稳定问题

5．2一类稳定性计算结果分析

5．3考虑几何非线性的二类稳定计算结果分析

5．4本章小结

第六章500米级大桁拱桥试设计

6．1大桁拱桥总体设计

6．2结构参数及材料用量

6．3计算分析

6．3．1荷载组合及边界条件

6．3．2计算结果

6．4 500米级大桁拱桥施工介绍及施工过程分析

6．4．1模拟施工概况

6．4．2设计依据

6．4．3主要计算荷载

6．3．4施工步骤

6．3．5施工过程关键问题简析

6．5本章小结

第七章结论与展望

7．1结论

7．2展望

参考文献

致谢