城市宽桥面钢管混凝土斜靠系杆拱桥受力特性研究

摘要

斜靠式钢管混凝土拱桥是一种复杂的空间桥梁结构，是由中间竖直主拱与两边斜靠拱组合而成的空间受力体系。在这一体系中，主要受力结构为主拱、斜拱、钢箱梁和主梁，其余都为二次结构。在活载作用下，主拱承受机动车道与部分非机动车道和人行道的荷载，并将水平力传至主纵梁，形成一个外部无推力体系。主拱与斜拱通过横向联系，组成一个具有强大侧向刚度的整体，具有良好的稳定性。斜靠式拱桥适用于对景观要求较高和桥面较宽的城市桥梁。
　　本论文基于贵阳市道路十二南明河—斜靠式钢管混凝土拱桥的初步设计方案进行研究分析，首先利用MIDAS/Civil软件建立全桥有限元模型，分析斜靠式钢管混凝土拱桥主要受力构件在施工阶段和成桥运营阶段的静力性能，研究矢跨比、拱梁刚度比、结构体系等因素对结构的影响。本论文系统研究斜靠式拱桥的动力性能和稳定性能，分析该桥在施工阶段和成桥运营阶段的稳定性，研究主拱倾角、斜拱倾角、主斜拱之间横系梁的刚度、数量和位置、结构体系和施工顺序等参数对拱桥空间稳定性的影响规律。在本桥初步设计时，钢管混凝土主拱肋为两铰拱，采用圆柱形接触面拱铰来实现施工过程中主拱肋先固结再铰接的目的，主拱肋拱脚局部构造和受力复杂，属于接触问题。研究中利用通用软件ANSYS对主拱拱铰进行局部受力分析，并将分析结果与赫兹理论计算值比较。之后比较圆柱形拱铰和圆球形拱铰在恒载轴力作用下受力状态，分析球铰半径改变对其受力的影响，根据研究结果提出合理措施。斜靠式拱桥的内力、动力特性、稳定特性均满足规范要求，非线性有限元接触分析的结果表明此拱铰完全满足构造和受力的要求。
　　论文比较全面地分析了斜靠式钢管混凝土拱桥的受力特性，并总结该类拱桥的受力特性和参数影响规律性，为斜靠式钢管混凝土拱桥的设计提供了初步的参考与建议。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 钢管混凝土桥发展概述

1．2 斜靠式钢管混凝土拱桥结构特点

1．3 斜靠式钢管混凝土拱桥构造简介

1．3．1 拱肋材料、构造及连接

1．3．2 桥面系与系杆设置

1．3．3 吊杆的种类和选取

1．3．4 支座的选择

1．4 本文研究内容

第2章 工程背景及有限元分析模型建立

2．1 工程背景简介

2．1．1 上部结构设计

2．1．2 施工流程

2．1．3 结构计算荷载

2．2 空间有限元模型的建立

2．2．1 成桥有限元建模思路

2．2．2 施工阶段有限元模型

2．3 本章小结

第3章 全桥静力分析以及影响参数研究

3．1 施工阶段结构静力分析

3．1．1 钢箱梁空间静力分析

3．1．2 悬挑梁空间静力分析

3．1．3 拱肋空间静力分析

3．1．4 吊杆空间静力分析

3．2 运营阶段结构静力分析

3．2．1 钢箱梁空间静力分析

3．2．2 悬挑梁空间静力分析

3．2．3 拱肋空间内力分析

3．2．4 横系粱空间静力分析

3．3 结构内力影响参数研究

3．3．1 矢跨比

3．3．2 拱梁刚度比

3．3．3 拱梁固结时对结构的影响

3．4 本章小结

第4章 斜靠式钢管混凝土拱桥动力性能与稳定性研究

4．1 斜靠式钢管混凝土拱桥动力性能研究

4．1．1 自振模态分析

4．1．2 钢管混凝土拱肋等效刚度变化对结构动力特性的影响

4．2 斜靠式钢管混凝土拱桥稳定研究

4．2．1 拱桥稳定问题概述

4．2．2 斜靠式拱桥弹性稳定分析

4．2．3 结构稳定性影响参数研究

4．3 本章小结

第5章 拱脚球铰局部受力分析

5．1 接触问题简介

5．1．1 理论分析

5．1．2 非线性接触分析

5．2 拱铰有限元模型建立过程

5．3 接触分析计算结果

5．3．1 不同工况下轴力作用时拱铰受力情况

5．3．2 不同工况轴力和弯矩共同作用时拱铰受力情况

5．4 圆球形拱铰与圆柱形拱铰受力分析比较

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间参加过的科研项目