大跨度钢桁架拱桥二阶静风稳定性分析

摘要

钢桁架拱桥以其优美外形、较强的跨越能力成为城市中跨越大江大河应用最广的桥型之一。随着钢桁架拱桥的跨径不断加大，矢高增加，其施工中的稳定性问题表现的越来越突出，成为桥梁设计者们关注的焦点之一。本文根据二阶静风稳定分析的基本理论，阐述了基于通用有限软件ANSYS的二阶静风稳定性的分析方法，并以一座跨径（70+240+70）m的下承式钢桁架拱桥苏岭山大桥为例，研究了该桥在施工过程中的二阶静风稳定性问题。全文主要工作内容如下： 1、查阅相关文献资料，回顾了国内外拱桥的发展历史，并对拱桥研究理论的发展做了系统的概述，回顾了现有拱桥稳定计算理论，包括解析法和数值分析法。随着计算机性能的提升和大型工程计算软件的发展，基于有限元方法的结构稳定分析已成为主流方法之一，本文重点介绍了ANSYS有限元软件对两类稳定问题的具体分析方法，以及双重非线性的理论基础和实现途径。 2、建立苏岭山大桥的空间非线性杆系模型，分析四个工况下恒载及施工荷载和考虑静风荷载的结构一阶稳定性，结果表明：不考虑静风荷载时，施工前期结构整体刚度较大，屈曲模态表现为局部杆件面外屈曲，随着节段不断拼装，悬臂增大，结构整体刚度降低，整体失稳先于局部杆件屈曲；考虑静风荷载的一阶稳定性，结构的屈曲形式均表现为风撑斜杆的面外失稳破坏。 3、考虑双重非线性分析苏岭山大桥的二阶静风稳定性，揭示出失效杆件的破坏机理，结果显示：全桥结构失稳破坏是随着进入塑性区域的局部杆件不断增多，丧失整体刚度而达到极限承载能力，屈曲破坏突出的部位表现在第一道风撑下平联杆处。 4、参数化分析了拱桥二阶静风稳定性的四个影响因素，包括拱座处的边界条件、扣背索索力误差、非线性因素和吊杆非保向力效应，有以下结论：约束形式和扣背索索力误差对抗风稳定性的影响不大；几何非线性和材料非线性对其影响程度不同，以材料非线性影响最为显著，仅考虑几何非线性往往会高估结构的抗风能力，只考虑材料非线性得到的结果较为接近实际值；吊杆非保向力效应不容忽视，对提高结构整体性的作用显著。

目录

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第1章 绪论

1.1拱桥发展概述

1.2国内钢桁架拱桥建设概况

1.3国外钢桁架拱桥建设概况

1.4拱桥稳定理论研究现状

1.5本文研究的意义及主要内容

第2章 拱桥稳定计算理论

2.1稳定性问题分类

2.2平衡稳定性的判定准则

2.3第一类稳定有限元分析

2.4第二类稳定有限元分析

2.5拱桥的面内失稳

2.6拱桥的侧倾失稳

2.7本章小结

第3章 基于有限元理论的二阶稳定性分析方法

3.1几何非线性

3.2材料非线性

3.3非线性有限元问题的求解方法

3.4收敛的判别标准

3.5本章小结

第4章 苏岭山大桥一阶静风稳定性分析

4.1工程背景

4.2施工方案及工况划分

4.3建立计算模型

4.4荷载计算

4.5一阶稳定性分析

第5章 苏岭山大桥二阶静风稳定性及影响因素分析

5.1二阶稳定性分析

5.2局部杆件失效机理分析

5.3二阶静风稳定性影响因素分析

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的科研成果