大跨径钢管混凝土拱桥非线性静风稳定性分析

摘要

近年来，钢管混凝土拱桥作为一种新颖的结构型式，在我国得到迅猛发展。在竖向荷载作用下，拱肋将承受很大的轴向压力及弯矩作用，采用钢管混凝土材料非常合理，因为钢管混凝土充分利用了钢管和混凝土两种材料的特性及相互作用，从而使得这种组合材料具有承载力高、塑性好、造价低及施工方便等优点。随着结构日益轻柔、长大，钢管混凝土拱桥在施工阶段及成桥运营阶段的稳定问题逐渐显现。目前，大多数学者对钢管混凝土拱桥的稳定性进行分析时，没有考虑非线性静风荷载，即使部分考虑非线性静风荷载的分析大多数情况下也只单独的考虑了拱肋或者主梁承受的静风荷载，忽略了拱梁共同承受风荷载的影响，同时大部分研究中没有考虑材料非线性的影响。
　　本论文利用有限元分析软件，着重研究大跨径钢管混凝土拱桥的静风极限风速和结构失稳行为全过程变形曲线及稳定性的影响因素，基于风洞试验和 CFD数值模拟数据对重庆菜园坝长江大桥主桥进行实桥模拟计算，从而对所得结论进行验证。主要研究内容如下：
　　1）对钢管混凝土结构的发展、研究现状和抗风理论做了总的概述。
　　2）对几何非线性、材料非线性和静风荷载非线性的分析方法做了总的概述。
　　3）对考虑几何非线性、材料非线性和静风荷载非线性下的静力失稳问题求解做了机理分析。
　　4）通过APDL语言编程对重庆菜园坝长江大桥主桥进行实桥模拟计算，进行了该桥静风失稳的全过程分析。
　　5）研究了静风荷载下初始风攻角、矢跨比、横撑数量及形式、风荷载作用形式等影响因素对拱桥静风稳定性的影响。

目录

第一章 绪 论

1.1 钢管混凝土拱桥概述

1.2 桥梁抗风理论简介

1.3 本文研究内容

1.4 本文研究目的与意义

第二章 稳定性理论与分析方法

2.1 失稳类型

2.2 静风失稳机理

2.3 收敛准则

本章小结

第三章 钢管混凝土拱桥非线性问题求解分析

3.1 几何非线性

3.2 材料非线性

3.3 静风荷载非线性

本章小结

第四章 实桥算例

4.1 实桥概述

4.2 有限元模拟

4.3 三分力系数

4.4 抗风设计基本参数确定

4.5 有限元分析结果

本章小结

第五章 静风稳定性参数研究

5.1初始风攻角

5.2矢跨比

5.3横撑

5.4风荷载作用形式

本章小结

结论与展望

1结论

2展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢