脱粘对钢管混凝土拱桥动力特性影响研究

摘要

脱粘是钢管混凝土拱桥在运营中的比较普遍的实际工程问题。为了解脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥动力性能的影响，本文基于完全脱粘假设选取了恰当的连接单元，运用ANSYS软件建立了总溪河大桥脱粘与完全粘结模型。并研究不同脱粘位置及脱粘范围对钢管混凝土拱桥的动力特性的影响。最后对考虑不同的脱粘高度、不同含钢率、内法兰的作用和不同的轴向粘结刚度的钢管混凝土拱桥在全跨完全脱粘后的自振特性进行分析。主要研究成果如下：
　　（1）桥梁发生脱粘后前十阶的振型的基本形状不会改变，只有与主拱肋相关的振型出现的顺序会发生变动。变动中以主拱肋的一阶对称与反对称竖弯振型提前为主。主要原因是主拱肋发生脱粘后会导致拱肋的面内刚度下降。
　　（2）脱粘发生后主拱肋的各阶振型对应的频率会发生下降，且随着脱粘范围的增加，下降幅度也越大。脱粘对于面内反对称振型的频率影响尤为明显。不同脱粘位置相同的脱粘范围对主拱肋的各阶振型对应的频率的影响中，双侧拱脚脱粘大于单侧拱脚脱粘，单侧拱脚脱粘大于跨中拱肋脱粘。
　　（3）全跨完全脱粘，脱粘模拟单元考虑的粘结强度在0.05MPa～0.3 MPa时，随着粘结强度的增加，桥梁整体的各阶振动频率均有所增加，但增幅较小。面内振型对应的频率对粘结强度的变化较为敏感。脱粘高度在0.5mm～3.5mm的范围内时，各阶振型对应的频率对脱粘高度的变化不敏感。含钢率的变化对桥梁面内振型频率的影响强于其对面外振型频率的影响。含钢率在5％～13.3%的范围内时，随着含钢率的增加，脱粘对钢管混凝土拱桥的各阶振动频率的影响会有所减弱。内法兰能改善脱粘后钢管混凝土拱桥的动力性能。

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第一章 绪论

1.1 钢管混凝土拱桥的发展和现状

1.2 钢管混凝土拱桥的工程问题

1.3 钢管混凝土拱桥的脱粘研究现状

1.4 钢管混凝土拱桥的动力特性研究现状

1.5 本文研究内容

第二章 钢管混凝土结构动力特性分析方法

2.1 拱结构的动力学解析法

2.2 有限元数值分析方法

2.3 结构自振特性分析方法

2.4脱粘的基本理论

2.5本章小结

第三章 总溪河特大桥的空间有限元模型建立

3.1工程背景

3.2单元选择及边界条件处理

3.3脱粘模拟及脱粘单元的介绍

3.4脱粘单元模拟效果验证

3.5本章小结

第四章 钢管混凝土拱桥脱粘后的动力分析

4.1脱粘对总溪河大桥裸拱状态下的自振特性影响分析

4.2脱粘对总溪河大桥成桥状态下的自振特性影响分析

4.3脱粘单元考虑一定轴向粘结总溪河大桥动力特性分析

4.4考虑脱粘高度的总溪河大桥动力特性分析

4.5全跨完全脱粘不同钢管壁厚的总溪河大桥动力特性分析

4.6全跨完全脱粘考虑内法兰作用的总溪河大桥动力特性分析

4.7本章小结

结论与展望

1.结论

2.展望

参考文献

致谢

附录