非保向力对抛物线钢管混凝土拱平面外稳定性能影响研究

发布时间：2020-01-18 09:18

【摘要】：随着新材料、新工艺的出现,现代桥梁跨度不断增大,设计荷载越来越高,空间形式愈加复杂新颖,这些都对拱桥的稳定性能提出了更高的要求。对于桥梁工程中广泛应用的钢管混凝土拱桥,亟需更加深入、系统的研究。实际工程中的钢管混凝土拱桥,荷载通过吊杆传递至拱肋,吊杆对拱肋失稳时的变形存在一定的约束作用。对于无风撑钢管混凝土拱桥,主要发生平面外对称变形,考虑双重非线性之后,拱肋的变形将更加复杂,呈现空间失稳的特点;此时,吊杆的非保向力对于拱肋平面外稳定性能有显著的影响。因此,为了满足实际工程中钢管混凝土下承式拱桥设计的安全性和经济性的要求,本文考虑吊杆的非保向力效应,对钢管混凝土拱平面外稳定性能展开系统、深入的研究,并形成可靠的设计方法。采用ABAQUS建立钢管混凝土拱的有限元模型,在分析了研究对象的受力特点、破坏模式之后,选择了梁单元作为拱肋单元,弧长法作为计算方法,选取了合理的材料应力-应变关系。与现有的钢管混凝土拱稳定性试验及长柱稳定性试验结果进行对比,验证本文建模方法的正确性。对钢管混凝土抛物线拱在竖向均布荷载作用下的平面外弹性稳定承载力展开研究,采用有限变形理论对其应变-位移关系进行推导。根据势能驻值原理,并选取合适的位移函数,采用Rayleigh-Ritz法,得到钢管混凝土抛物线拱平面外弹性稳定承载力。在此基础上考虑吊杆的非保向力效应,得到钢管混凝土抛物线拱平面外弹性稳定承载力。建立有限元模型对单圆钢管混凝土下承式拱平面外稳定性能进行研究。首先采用BUCKLE分析研究钢管混凝土抛物线拱的平面外弹性稳定性能,提出平面外弹性稳定承载力计算公式。然后考虑几何-材料双重非线性,对钢管混凝土拱平面外弹塑性稳定性能进行研究,着重考察系梁侧向刚度与拱肋侧向刚度之比(刚度比)对稳定性能的影响,根据参数分析结果,提出考虑非保向力效应的钢管混凝土抛物线拱平面外稳定系数计算公式。
【图文】：

图 1-7 玉带桥 图 1-8 卢沟桥最早的系杆拱桥始于 19 世纪的欧洲。1858 年奥地利人兰格尔（Josef Langer）申请了刚性系杆柔性拱的专利，并以他的名字命名了该座桥。1950 年，德国的莱茵豪森桥采用了兰格尔拱的形式，该桥的跨径达到了 255.10m。19 世纪末，洛泽在德国易北河上设计并建造了一座跨度为 96.35m、十跨的连续铁路桥，采用了刚性系杆拱的形式，，自此，这种结构被称为洛泽拱。当把竖直吊杆替换为斜吊杆时，则称为尼尔森体系，尼尔森（O.F.Nielsen）于 1929 年在瑞士获得了该项专利。1963年竣工的德国费马恩（Fshmarnsund）桥，跨度 248.4m，矢高 43m；1991 年建成的日本大阪府高速公路上的新滨寺桥，主跨 254m，矢高 36m。这两座桥均为采用倾斜拱面的尼尔森体系的钢桥[2，3]。我国的钢管混凝土拱桥于 20 世纪 50 年代开始发展，起步较晚，多采用预应力混凝土结构。而自 1990 年在四川建成的首座钢管混凝土拱桥 四川省旺苍县东河大桥以来，钢管混凝土拱桥在我国得到了空前的发展。2002 年我国建成了第一座铁路钢管混凝土拱桥 水柏铁路北盘江大桥[4]拱脚中心跨径 236m，为上承提篮式钢管混凝土结构，如图 1-9(a)所示；2006 年建成的湖南益阳茅草街大桥，主

图 1-7 玉带桥 图 1-8 卢沟桥最早的系杆拱桥始于 19 世纪的欧洲。1858 年奥地利人兰格尔（Josef Langer）申请了刚性系杆柔性拱的专利，并以他的名字命名了该座桥。1950 年，德国的莱茵豪森桥采用了兰格尔拱的形式，该桥的跨径达到了 255.10m。19 世纪末，洛泽在德国易北河上设计并建造了一座跨度为 96.35m、十跨的连续铁路桥，采用了刚性系杆拱的形式，自此，这种结构被称为洛泽拱。当把竖直吊杆替换为斜吊杆时，则称为尼尔森体系，尼尔森（O.F.Nielsen）于 1929 年在瑞士获得了该项专利。1963年竣工的德国费马恩（Fshmarnsund）桥，跨度 248.4m，矢高 43m；1991 年建成的日本大阪府高速公路上的新滨寺桥，主跨 254m，矢高 36m。这两座桥均为采用倾斜拱面的尼尔森体系的钢桥[2，3]。我国的钢管混凝土拱桥于 20 世纪 50 年代开始发展，起步较晚，多采用预应力混凝土结构。而自 1990 年在四川建成的首座钢管混凝土拱桥 四川省旺苍县东河大桥以来，钢管混凝土拱桥在我国得到了空前的发展。2002 年我国建成了第一座铁路钢管混凝土拱桥 水柏铁路北盘江大桥[4]拱脚中心跨径 236m，为上承提篮式钢管混凝土结构，如图 1-9(a)所示；2006 年建成的湖南益阳茅草街大桥，主
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU398.9

【参考文献】

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本文编号：2570791