铝合金人行天桥结构分析

摘要

铝合金材料以其较高的弹性模量和良好的防腐性能在汽车工业、建筑业等中得到越来越广泛的应用.1933年,美国第一次将铝合金应用在桥梁中.目前在欧美等发达国家铝合金桥梁已经发展的比较成熟,但是国内的铝合金桥梁研究还处于起步阶段,2006年建成的杭州市庆春路铝合金人行天桥是目前中国第一座全铝合金桥梁.铝合金桥梁作为一种新型桥梁和一般的钢桥和混凝土桥相比有许多不同点. 首先是其材料的密度小,因而自重小；其次是材料的弹性模量与钢相比较小(虽然其极限强度和Q235相当).杭州市庆春路人行天桥因为是国内第一座铝合金桥梁,国内没有现成的经验可供借鉴,许多方面技术不成熟,设计安装阶段出现了较多问题,例如:在满人荷载作用下挠度过大,自振频率和荷载作用下的频率相比变化较大,发生面外失稳的稳定性问题,极限承载力不能满足设计安全性的要求等等.本文主要针对上述方面进行研究,分析出现这些现象的本质原因,以及提出解决问题的方案.利用ANSYS和MIDAS有限元软件辅助分析计算桥梁的极限承载力.分析在桥面满布人群荷载、偏载、风荷载以及人对栏杆侧向推力,在各种不利荷载组合情况下结构的极限承载力. 本文对铝合金桥作全面的分析,并对桥梁在设计施工方面出现的问题进行了深入的研究,以期能为将来我国设计建设更多的铝合金桥作参考和借鉴.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2新材料在桥梁建设中的应用

1.3铝合金桥的发展状况

1.3.1 20世纪80年代前铝合金桥的发展状况

1.3.2现代铝合金桥的发展

1.4铝合金桥的优势

1.5铝合金桥的缺点

1.6本文的工程背景

1.6.1中国第一座铝合金人行天桥

1.6.2本桥的安装和拆卸方式

1.6.3本工程中遇到的一些问题

1.7论文的主要工作

参考文献

第二章弹性稳定性分析

2.1概述

2.2 MIDAS功能的介绍

2.3铝合金的材料特性

2.3.1物理性能

2.3.2力学性能

2.4有限元模型

2.4.1桥梁的几何模型

2.4.2构件的截面及材料特性

2.5人行天桥结构的稳定性分析

2.5.1两类稳定性问题——分支点稳定和极值稳定

2.5.2最小特征值的求解——稳定特征方程

2.5.3对人行天桥特征值的分析

2.5.4总体稳定性

2.6本章小结

参考文献

第三章铝合金人行天桥极限承载力分析

3.1概述

3.2极限承载力的定义

3.3结构非线性理论及纤维有限元模型

3.3.1结构的几何非线形

3.3.2铝合金材料非线性本构关系

3.3.3纤维有限元理论

3.4稳定计算理论的影响

3.5原方案ANSYS极限承载力分析

3.5.1建立ANSYS有限元模型

3.5.2极限承载力分析

3.5.3结果分析

3.6提出解决问题的新方案

3.6.1加固措施

3.6.1对加固后桥梁的验算

3.6.3验算结果分析

3.7本章小结

参考文献

第四章动力分析及模型比较

4.1概述

4.2结构的自振频率及荷载作用下的频率

4.2.1理论计算结果

4.2.2实测结果

4.3铝合金和钢桥的比较

4.3.1铝合金桥和钢桥的频率比较

4.3.2铝合金桥和钢桥的特征值比较

4.3.3铝合金桥和钢桥的受力和挠度比较

4.4理论计算与实测结果的比较

4.4.1试验加载方案

4.4.2试验观测方案

4.4.3将理论计算结果和实测结果进行比较

4.5本章小结

参考文献

第五章结论与展望

5.1本文的主要结论

5.2展望

致谢