钢筋混凝土双肋拱桥的侧倾稳定研究及地震反应分析

摘要

钢筋混凝土拱桥虽不算一个新式的桥梁形式,但在中小跨度桥梁设计中经常被采用,尤其是抛物线形拱桥.中国在七、八十年代直至目前建造了大量的钢筋混凝土拱桥,这些在役和新建的桥梁的稳定性对安全运营至关重要,分析桥梁各个参数对稳定性的影响并对桥梁安全薄弱部分进行研究是有现实意义的.以往有人直接拿圆弧拱的临界荷载公式直接用,实际效果不理想;有人用有限元方法来实现,但是比较麻烦且不一定收敛.随着大量新材料新技术的应用,更加需要建立一个比较简单的实用计算方法来评估抛物线拱桥的侧倾稳定临界荷载并对拱桥潜在的薄弱点进行安全预警.为此,该文结合英那河大桥健康检测项目做了以下几方面工作:1.详细总结推导圆弧拱空间弯扭变形的基本方程,分拱脚铰支和拱脚嵌固两种情况用能量法求出拱侧倾稳定临界荷载公式,考查了非保向力效应的影响.2.对竖向荷载作用下的抛物线平行双肋拱进行侧向稳定分析,分析了矢跨比、拱脚支撑条件、拱肋的抗弯刚度和抗扭刚度、横撑抗弯刚度和抗扭刚度、横撑数量等参数对侧倾临界荷载系数的影响.比较了不同参数下临界荷载系数的变化趋势,并分析了非保向力效应对拱桥侧倾稳定的影响.3.运用ANSYS这一大型有限元商业软件对英那河水库坝下大桥进行了详细的稳定性分析,验证了该文利用能量法临界荷载公式.对实桥模型进行参数调整,给出各种工况下桥梁的失稳模式和数值,指出了对此类钢筋混凝土拱桥横向稳定性有显著影响的因素及其合理变化范围,并对英那河大桥提高横向稳定性的措施的经济合理性进行了理论分析.4.研究了英那河大桥地震时程反应,通过调整部分重要控制截面的尺寸和弹性模量而形成共计36个工况来模拟实际结构发生不同程度的损伤,分析每一个工况下主拱肋和纵梁的地震反应,得到最不利的工况.这样为英那河这一类钢筋混凝土拱桥的安全运营提出了合理建议,要求在现实中尽量避免最不利工况的发生.综上所述,该文分析完善了抛物线平行双肋拱桥侧向稳定的一套理论,使得在进行拱桥侧向稳定分析时,不需要建立复杂的有限元模型.通过分析也充分认识了各个设计参数对拱桥稳定不尽相同的重要程度.通过对英那河实桥的有限元分析,验证了理论结果,完成了整桥的稳定性分析.通过对模拟损伤结构有限元模型的地震反应分析,进一步指出了该桥需要注意的薄弱点,对桥梁的安全运营提出了合理化建议.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1拱桥简介

1.1.1引言

1.1.2拱桥型式分类

1.1.3桥梁失稳事故

1.2拱桥的稳定性分类及求解方法

1.2.1稳定问题求解方法的比较

1.2.2拱桥的面内弹性屈曲

1.2.3拱桥的面外侧倾失稳

1.3论文背景

1.4本文主要工作

第二章拱侧倾稳定推导分析基础

2.1引言

2.2拱的空间弯扭变形的基本方程

2.2.1侧向弯曲和扭转微分方程

2.2.2变形几何关系

2.2.3基本平衡方程

2.3在均布荷载作用下等截面圆弧拱的侧倾

2.3.1侧倾弹性平衡方程

2.3.2拱脚铰支情况下侧倾临界荷载的求解

2.3.3拱脚固结情况下侧倾临界荷载的求解

2.4保向力作用下圆弧拱的侧倾稳定计算

2.5圆弧拱侧倾稳定的非保向力效应

第三章双肋拱桥的侧向稳定分析

3.1引言

3.2组拼圆弧拱侧倾稳定分析

3.3保向力作用下平行双肋抛物线拱的侧倾计算

3.3.1基本假定与参数计算

3.3.2能量分析与位移函数

3.3.3求侧倾临界荷载

3.3.4结果分析

3.4平行双肋抛物线拱的非保向力效应

3.4.1基本假定

3.4.2基本方程

3.4.3结果分析

第四章英那河大桥稳定性分析

4.1英那河大桥概况及主要参数计算

4.2 ANSYS简介及建模

4.3 ANSYS侧倾稳定性分析

4.3.1 ANSYS屈曲分析简介

4.3.2 临界荷载对比

4.3.3稳定性因素探讨

4.4 小结

第五章英那河大桥地震反应计算

5.1动力特性计算

5.2地震波的选择和读取

5.3地震时程反应分析

5.3.1震波组合和求解方法

5.3.2英那河大桥的地震反应

5.4小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

硕士期间的学术论文和参与工程项目

致谢

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