网状吊杆钢箱拱桥力学性能研究

发布时间：2020-06-20 21:57

【摘要】：近几十年来,下承式钢箱拱桥由于具有跨越能力大、建筑高度小、经济美观等优点,在国内外得到较多的应用。然而,下承式钢箱拱桥采用网状吊杆布置形式的在国内应用较少。网状吊杆相比于竖直吊杆布置,可以有效地降低钢箱拱桥的拱肋与钢纵梁(系杆)的弯矩及挠度,提高钢箱拱桥整体刚度等优点。网状吊杆布置钢箱拱桥在国内外应用的相对较少。本文以安徽省阜阳市颍河特大桥中90m网状吊杆下承式钢箱拱桥为工程背景,以有限元分析理论为基础,利用桥梁有限元软件MIDAS CIVIL建立有限元计算模型,对网状吊杆钢箱拱桥的静、动力特性分析,以及探讨了在不同吊杆布置形式下的钢箱拱桥的结构内力变化、位移变化以及钢箱拱桥的动力特性和抗震性能分析。首先,探究了钢箱拱桥的国内外发展历史和状况,以及国内外对于拱桥的静、动力性能研究现状,总结了其中存在的问题,并进一步探究了拱桥吊杆布置形式的相关研究状况。其次,给出有限元分析基本刚度矩阵介绍了拱桥的有限元计算理论,包括拱桥静力计算理论、拱桥动力特性计算理论、动力特性有限元理论和反应谱理论。应用桥梁有限元软件MIDAS CIVIL建立90m网状吊杆钢箱拱桥空间有限元模型,分析该桥成桥状态下恒载组合、活载组合、温度效应以及基本荷载组合作用下的静力性能和吊杆布置形式对钢箱拱桥的静力影响;计算结果表明:钢箱拱桥在荷载组合作用下,拱肋处于受压状态,钢纵梁处于受拉状态,钢箱拱桥主要以竖向变形为主;网状吊杆较直吊杆布置,可以使拱肋弯矩重新分配,降低拱肋压力,由于拱钢箱内力重新分布可以使钢箱拱桥结构受力更加均匀,从而减小拱桥的位移变化。接着,运用拱桥的动力特性有限元理论和反应谱理论。研究了不同吊杆布置钢箱拱桥的自振特性的影响,网状吊杆布置明显提高了钢箱拱桥的面内刚度,对面外刚度贡献较小。比较了刚性吊杆与柔性吊杆对钢箱拱桥的自振特性,刚性吊杆明显增强了钢箱拱桥的面外刚度;最后,采用反应谱分析方法对网状吊杆钢箱进行抗震性分析,结果表明网状吊杆钢箱拱桥处于弹性工作阶段,较直吊杆布置较好的抗震性。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441;U448.22
【图文】：

以使拱肋截面主要承受轴向压力。从现代大跨度桥梁计算理论中得到，桥梁结构在荷载作用下，其结构的荷载传递的路线越短，结构越合理。在主要的受力平面内，平面内的拉压杆件的数量要比受弯杆件多，因此杆件应力分布比较均匀，传递力的方式比较简单且效果明显，可以降低材料的用量［］。从力学方面上看，拱桥是一种比较完善的桥梁结构，是大跨度桥梁选择之一。1.1.1 钢拱桥国外发展现状钢拱桥的发展历史是起源于18世纪，在18世纪英国进行了第一次工业革命，促进铸铁行业的快速的发展，铸铁的冶炼技术和产量得到飞跃式的提高［］，随着铸铁的材料在建筑行业的得到广泛的应用，在 1779 年英国建造了世界上第一座铸铁I|￡￠拱桥［］（图 1-1），该桥结构形式为上承式单拱桥，桥梁净跨度为30m，它是由五个半圆拱肋组成。随着技术的发展，修建了大量的铸铁拱桥，其桥梁跨度也随之一直在增加，曾一度达到［］。

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