大跨度钢管混凝土系杆拱桥的静动力研究及关键节点应力分析

摘要

桥梁上部结构左右非对称的布置形式会对结构的动静力行为和地震响应产生怎样的影响，同时拱脚节点的具体受力和破坏情况，都是桥梁工作者十分关注的问题。本文以某在建钢管混凝土系杆拱桥为工程背景，针对其上部结构左右非对称的布置特点，建立全桥模型，对其进行动静力分析和弹性分析，并对拱脚的受力和破坏做了重点分析。本文的主要研究内容如下:
　　(1)使用Midas Civil建立全桥模型，并对其做静力分析，得到了桥梁模型在五种工况下的内力和位移分布情况。结果表明:拱肋处于全截面受压状态，系梁上各部位受力相对较小且均匀，都在规定容许的范围内;恒载对结构内力的影响最大，可占组合荷载总效应的70％～85％;桥梁上部结构左右非对称的布置形式，对结构的受力分布有较大影响，但左右两侧位移基本相同，线性基本不受影响。
　　(2)使用ANSYS软件建立拱脚结构的实体有限元模型，模拟了其在弯矩最大工况下和轴力最大工况下的应力分布状况，同时结合强度破坏理论，找出了最有可能产生破坏的位置。结果表明:拱脚总体处于受压状态，且应力分布较为均匀，满足设计要求;在变截面处，出现了应力集中现象，且上述位置也是拱脚结构最有可能产生破坏的部位;拉应力主要出现在拱肋支架拆除阶段即拱肋弯矩最大时，在运营阶段，即轴力最大工况下，拱脚总体受力合理，应力始终满足规范要求。
　　(3)使用Midas Civil对全桥模型做动力分析，研究其动力特性，结果表明:在桥梁的自振响应中，拱肋的振动变形最大，其横向刚度和稳定性都最差的，竖向的累积振型参与质量最小;竖向整体刚度最大，横向整体刚度最小，纵向整体刚度居中;同时桥梁结构左右非对称布置，对桥梁的动力响应产生了的影响。
　　(4)使用Midas Civil采用反应谱法对全桥模型做弹性分析，模拟了其在纵向、横向、竖向、纵向+横向、纵向+竖向和横向+竖向六种工况下的地震响应。结果表明:对地震波进行组合输入在抗震分析中是必要的;拱肋横向刚度相对较小，其面外稳定是抗震的薄弱环节;当竖向和纵向组合输入时，纵向抗震最不利，当横向和纵向组合输入时，横向抗震最不利;桥梁上部结构的左右非对称布置，主要对拱肋和桥墩的受力产生影响，对桥梁的整体稳定产生不利影响，但对拱肋和桥墩的位移变形影响不大。
　　本文对桥梁左右非对称布置下的分析结果可为今后相似桥梁的设计提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 拱桥的发展简史与应用现状

1．3 大跨度钢拱桥的发展历史和现状

1．3．1 钢拱桥在国外的发展状况

1．3．2 钢拱桥在国内的发展状况

1．3．3 钢拱桥造型的追求和结构的异化

1．4 钢管混凝土拱桥的发展和研究现状

1．5 本文的主要工作

1．5．1 本文的研究背景、目的和方法

1．5．2 本文的主要研究内容

第二章 静力分析

2．1 工程概况

2．1．1 总体设计

2．1．2 结构形式与设计要点

2．1．3 施工方法

2．2 模型建立

2．3 静力分析

2．3．1 恒载作用效应分析

2．3．2 活载作用效应分析

2．3．3 荷载组合效应分析

2．4 本章小结

第三章 拱脚受力分析

3．1 引言

3．2 结构构造

3．3 计算方法

3．4 三维有限元模型

3．5 结果分析

3．5．1 工况1作用下结果

3．5．2 工况2作用下结果

3．6 本章小结

第四章 动力特性分析

4．1 引言

4．2 动力特性的计算及其分析

4．2．1 动力特性的计算结果

4．2．2 动力特性的结果分析

4．3 本章小结

第五章 反应谱法抗震分析

5．1 引言

5．2 反应谱曲线的确定

5．3 反应谱分析结果

5．3．1 纵向输入结果

5．3．2 横向输入结果

5．3．3 竖向输入结果

5．3．4 横向和纵向组合输入结果

5．3．5 竖向和纵向组合输入结果

5．3．6 横向和竖向组合输入结果

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况