分环成型钢管混凝土劲性骨架主拱圈及其拱脚受力分析

摘要

钢管混凝土劲性骨架拱桥的主拱圈是其主要的承重构件，该类桥的施工方法是以钢管混凝土为劲性骨架，在骨架上进行外包混凝土分环浇筑。分环浇筑直接影响桥梁成桥后的受力。全面研究这一过程的结构受力非常重要。本文通过建立桥梁主拱圈的总体数值模型，研究了主拱圈在分环成型过程中各关键控制截面部分的受力变化情况，再以此为基础，建立拱脚的局部模型，详细分析其复杂的受力变化，探讨其受力规律。主要研究内容与成果如下:
　　以云桂铁路南盘江特大桥为例，采用商业软件ANSYS建立大桥主拱圈的数值模型，分析主拱圈外包混凝土浇筑过程中的结构受力。模型中以梁(beam188)单元模拟钢管混凝土，以板单元(shell63)模拟主拱圈外包混凝土板，计算得到结构受力情况，结果表明:拱脚、拱顶截面是外包混凝土浇筑过程中的绝对控制截面，尤其是拱脚截面，在其顶部和底部分别产生全拱最大的拉压应力。各控制截面的拱肋在整个施工过程表现为全截面偏心受压，应力数值随外包混凝土板分环浇筑呈周期性变化，每一环的数值变化规律皆相同，但其应力分布方式几乎不随施工过程的推进而发生改变。
　　分别采用梁单元(beam188)和实体单元(solid65)建立拱脚节段局部的精细化有限元模型，详细分析拱脚节段各组成部分在外包混凝土浇筑过程中的受力变化过程，掌握拱圈截面上各组成部分在施工过程中的应力分布及变化规律。结果表明:在分环连续浇筑过程中，各环的浇筑成型决定了拱脚处混凝土板的应力大小以及方向，外室各板件成型阶段其应力方向皆基本未发生变化，但当内室顶、底板成型后应力方向发生变化。
　　通过上述两个模型，详细模拟了外包混凝土浇筑过程中主拱圈关键控制截面的受力，揭示了各控制截面（尤其是拱脚）在施工过程中挠度、应力的变化情况，为钢管混凝土劲性骨架拱桥的发展提供理论依据。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 钢管混凝土劲性骨架拱桥发展概况

1．1．1 钢管混凝土劲性骨架拱桥的特点

1．1．2 钢管混凝土劲性骨架拱桥的发展

1．2 劲性骨架拱桥主拱圈外包混凝土施工方法

1．3 施工过程受力分析重要性与分环原则

1．4 钢管混凝土劲性骨架拱桥研究现状

1．5 有限元计算理论基础

1．6 局部分析方法

1．6．1 子模型法

1．6．2 直接建模法

1．7 本文研究内容及思路

2．1 工程概况

2．2 拱肋截面特性模拟

2．3 主拱圈有限元模型的建立

2．3．1 单元类型

2．3．2 材料介绍

2．3．3 边界条件

2．3．4 外包混凝土浇筑施工阶段划分

2．3．5 施工过程模拟方法

2．4 计算结果与分析

2．4．1 各控制面顶端挠度

2．4．2 外侧上弦杆各部分应力

2．4．3 外侧下弦杆各部分应力

2．4．4 目标节段内力、应力提取

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 ANSYS拱脚构件模型的建立

3．2．1 节段模型介绍

3．2．2 边界条件定义

3．2．3 边界荷载施加

3．3 分环成形施工阶段拱脚各构件计算结果与分析

3．3．1 拱肋

3．3．2 外室底板

3．3．2 下腹板

3．3．3 上腹板

3．3．4 外室顶板

3．3．5 内室底板与内室顶板

3．4 本章小结

4．1 结论

4．2 有待进一步研究的问题

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文

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