中承式钢箱拱肋系杆拱桥整体稳定研究

摘要

随着拱桥跨径的增大，稳定问题越发明显，已成为其设计的主控因素之一。但目前我国大跨度钢拱桥的理论研究仍不透彻，且存在诸多争议。本文针对钢箱拱肋系杆拱桥进行整体稳定分析，得出了有益结论，可为日后同类桥型的施工提供一定的参考。
　　 本文首先研究了拱桥面内稳定性的基本概念，阐述了圆拱以及抛物线拱屈曲计算的解析方法，并系统介绍了拱桥屈曲的有限元计算方法。详细阐述了拱桥面外失稳的解析方法，给出了拱结构面外失稳的微分方程以及在此基础上单拱侧倾的解析方法，并就拱桥面外失稳的有限元分析方法进行了讨论。
　　 其次介绍了桥梁结构非线性的基本概念，以及非线性有限元方程的求解方法：直接求解法，增量法，牛顿-拉弗森法以及混合法。并介绍了采用ANSYS进行有限元计算时常用的屈服准则VonMises的基本理论，并就其求解方法进行了讨论。
　　 本文采用“单元生死技术”及荷载步的方法编制APDL命令流分析了中承式钢箱拱肋系杆拱桥施工阶段的稳定性，计算了各施工阶段的线性稳定系数并进行了讨论，得出了作为算例的明州大桥在施工阶段中具有良好整体稳定性。同时计算了明州大桥成桥阶段的线性稳定系数，并对比了运营阶段下使用恒载与活载分离的方法与未考虑横活载分离时所得出的特征值。
　　 接着对中承式钢箱拱肋系杆拱桥最大悬臂阶段、成桥阶段及运营阶段三种工况下进行了非线性稳定分析，得出非线性对于中承式钢箱拱肋系杆拱桥稳定分析的影响不可忽略的结论。
　　 最后进行了钢箱拱肋系杆拱桥的参数分析，对比了不同桥面系刚度、横撑类型以及风荷载对于中承式钢箱拱肋系杆拱桥稳定性的影响。得出了有益结论。