带拉索开口薄壁箱拱桥转体施工阶段结构稳定性理论研究

摘要

混凝土开口薄壁箱轻型化转体拱桥施工是近年来提出的一种用于箱型板拱(或箱型肋拱)拱桥转体施工的新工艺。它的特点是，先在两岸制成钢筋混凝土开口薄壁箱半拱，转体到位合龙后，浇筑二期混凝土加厚箱拱壁板和底板至设计厚度，然后施工箱拱顶板及上部结构。其优点是转动体系的总重量大大减轻。与钢结构劲性骨架和钢管混凝土转体施工方案相比，混凝土开口薄壁箱转体方案具有成本低、工种相对简单、转体操作方便的优点，容易推广应用。 但是，这种施工工艺无论是在施工技术还是在设计理论上都还不够完善。一个突出的问题是，当浇筑二期混凝土加厚壁板和底板时，尚未形成强度的新浇混凝土使开口薄壁拱圈上受到很大的荷载，结构的稳定性成为影响施工安全的一个关键性问题。 本文回顾了结构稳定性研究的现状，并结合实际项目指出了目前研究中存在的若干问题。接着，从大跨度桥梁的稳定理论中，引出了基本的稳定理论，及求解稳定理论的若干数值方法，列举了经典的圆弧拱面内、面外稳定问题的求解方法，及按挠度理论的基本方程建立任意拱轴线方程的推导过程。分析了全跨拱结构在脱离支架后转动合龙前及在二期浇注混凝土过程中整个结构的整体稳定性能。推出了在多种状况下，带拉索转体悬链线拱桥稳定安全系数的计算公式，填补了对这一类问题的理论空白。 以湖北省交通厅鄂交科教[2004]343号项目为依托，本文以湖北省恩施州平地坝转体拱桥这一目前建成的跨径最大的采用开口薄壁箱技术的转体拱桥为实际工程背景，运用能量方法，根据势能原理对开口薄壁箱型混凝土拱桥在施工过程中的平面外(侧倾)稳定分析方法进行了研究。对脱离支架后所处裸拱施工阶段的拱肋一拉索体系进行了稳定性分析，由于此施工阶段无外加荷载工况，本文定义失稳时的重力倍数为结构的稳定安全系数。考虑了多种影响因素，给出了不同状态下拱肋结构所具有的稳定安全系数。 通过以上工作本文归纳出了此类型桥的失稳特点及应注意的问题，对今后我国西部山区同类型桥的设计施工有一定的理论价值和实用意义。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1国内外转体桥的发展历程

1.2平衡重转体拱桥施工工艺特点

1.3开口薄壁箱型拱桥施工工艺特点

1.4拱桥稳定性综述

1.4.1研究现状

1.5开口薄壁箱型拱桥转体施工中的稳定问题

1.6本文主要的研究工作

第2章大跨度桥梁的稳定理论

2.1概述

2.2两类稳定问题

2.2.1第一类稳定问题

2.2.2第二类稳定问题

2.3稳定分析中的数值方法

2.3.1数值积分法

2.3.2差分法

2.3.3里兹法

2.4曲杆平面弯曲的基本方程

2.4.1曲杆平衡微分方程

2.4.2曲杆变形几何方程

2.4.3曲杆弯曲基本方程

2.5拱的稳定分析

2.5.1等截面圆弧拱的面内稳定

2.5.2等截面圆弧拱的面外稳定

2.6任意拱轴线按挠度理论的几何基本方程

2.7本章小结

第3章不均匀竖向荷载下带拉索悬链线拱侧向稳定理论分析

3.1概述

3.2拱轴空间变形的几何关系

3.3不均匀竖向荷载的处理

3.4拱轴侧倾情况下的系统总位势

3.5位移函数u、θ

3.6竖向位移函数确定

3.7总位势计算

3.8侧倾临界荷载的确定

3.9本章小结

第4章平地坝大桥施工阶段平面外稳定性分析

4.1平地坝大桥的施工过程概述

4.2平地坝大桥转动合拢过程的稳定性分析

4.2.1平地坝大桥转动过程描述

4.2.2等效计算参数

4.2.3计算方式

4.2.4具体计算及与Ansys计算结果进行比较

4.3平地坝大桥二期混凝土加载过程中稳定性分析

4.3.1平地坝大桥二期混凝土浇注顺序

4.3.2平地坝大桥二期混凝土加载模拟

4.3.3各工况下的稳定安全性分析

4.4稳定安全系数影响因素分析

4.4.1拱轴系数对稳定安全系数的影响

4.4.2矢跨比对稳定安全系数的影响

4.4.3二期混凝土加载厚度对稳定安全系数的影响

4.4.4拉索半径对稳定安全系数的影响

4.5本章小结

第5章结论与展望

5.1本文的结论

5.2对本课题研究的展望

参考文献

致谢

附录