大跨度钢管混凝土铁路提篮拱桥静动力分析及拱肋结构优化

摘要

钢管混凝土结构的出现解决了大跨度拱桥高强度材料应用和施工两大技术难题，从而促使了钢管混凝土拱桥在桥梁工程建设中的应用和发展。本文将以一上承式钢管混凝土铁路提篮式拱桥为工程背景，利用有限元分析软件Midas/Civil建立空间有限元模型，讨论分析大跨度钢管混凝土拱桥静动力特性，并在此基础之上，讨论了大跨度钢管混凝土拱肋结构相关设计参数对拱肋结构内力及应力影响，并选取了较为合理的设计参数。本文完成的主要内容如下：
　　1、综述国内外钢管混凝土提篮拱桥的应用与发展，并分析了国内外对钢管混凝土拱桥静动力特性分析和结构优化研究现状。
　　2、利用有限元分析程序Midas/Civil建立空间有限元模型，分析研究了大跨度钢管混凝土拱桥拱肋结构在成桥状态下，各分项荷载作用下的作用效应，确定了各分项荷载在荷载工况组合效应中所占的比例，并确定了成桥状态下最不利的荷载工况组合。
　　3、结合有限元分析模型，分析结构的自振特性，得到了该大跨度钢管混凝土拱桥的自振频率和振型。
　　4、以拱肋结构的内倾角、钢管直径、钢管壁厚以及管内混凝土弹性模量等为设计参数，通过建立不同的空间有限元模型，分析计算各设计参数的改变对拱肋结构混凝土和钢管截面内力及应力影响。在分析结果基础之上，选取较为合理的拱肋结构参数，并对优化前后拱肋结构应力效应予以对比。