大跨径箱板拱桥单肋拱箱合龙稳定性研究
发布时间：2021-03-24 14:28
钢筋混凝土箱板拱桥是我国应用极为广泛的桥型之一,大跨径和特大跨径上承式箱板拱桥常采用预制拱箱缆索吊装工艺进行施工。在施工中若采用拱箱单肋合龙的方式,则拱肋稳定性是需要着重考虑的问题之一。随着拱肋跨径增大,拱箱单肋合龙后的稳定性问题则更为突出,横向缆风索的布置对拱肋稳定性提高起到了很关键的作用。目前现行的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》及《公路桥涵设计通用规范》并未就有横向缆风索的拱肋稳定性计算给出明确的计算方法,亦少有相应的文献针对有横向缆风索的单肋拱箱稳定性规律做较为系统的研究。针对这一问题,本文在总结和吸收前人研究成果的基础上,着重探讨拱箱单肋合龙后的稳定问题,主要内容涉及以下几个方面:参照相关稳定性理论和现有的研究成果,结合大跨径箱型拱肋稳定性分析中的结构行为特点,建立了基于有限元原理的ANSYS拱肋稳定性分析数值仿真模型。以实际桥梁工程为背景,分析了拱肋边界条件对屈曲分析稳定性的影响。对比有横向缆风索与无缆风索状态的拱肋屈曲稳定系数变化规律;通过大量数值模拟分析结果,得到单肋拱箱在横向缆风索作用下的屈曲稳定系数、几何非线性稳定系数,并对比各稳定系数之间的差异;还探讨...
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采用完全Newton-Raphson迭代的弧长法
大跨径的拱桥，其拱肋宽度可取接近2.8m,显然与单个箱宽约为1.3m~1.7m这一规律不符合。根据调查统计的表3.1可见，拱箱顶板、底板、腹板厚度变化也较大，当拱桥跨径较小时顶底板厚度稍小，当拱桥跨径较大时顶底板厚度稍大，但也不遵循某一规律进行几何参数选择，腹板厚度也同样如此。基于上述原因，进行钢筋混凝土箱板拱桥单肋拱箱合龙稳定性分析很难根据一个合适的规律进行截面参数选用。为便于建模比较分析,对于不同跨径的拱肋截面，其断面尺寸采用与150m跨径拱肋相同的断面尺寸为基础，按照长细比相等的原则确定。图3-1为乌江四桥复线桥实际拱箱截面参数。拱箱截面的几何参数对拱肋稳定性作用至关重要，但目前规范没有规定唯一的参数选取标准，多是根据经验选取截面的参数。当拱桥跨径超过150m之后，尤其是近200m级跨径的钢筋混凝土箱型拱桥，拱箱截面几何尺寸就没有一个很好的规律可龋基于这一事实查阅了相关文献，做了部分不同跨径拱桥钢筋混凝土箱型截面几何参数统计如表3.1所示。表3.1部分箱板拱桥拱肋几何参数计表桥梁名称跨径（m）拱轴系数矢跨比拱箱高度（cm）单肋拱肋宽度（cm）顶板现浇层厚度（cm）顶板预制厚度（cm）底板厚度（cm）腹板厚度（cm）大碧沟大桥1001.7561/619015010101810错开峡大桥103.42.2341/517514615101510八宿县怒江大桥1101.7561/6.875190136108188黄金大桥1201.3471/819014610101510铧头子大桥1301.7561/62001381010188乌江三桥1401.9881/52201461010156乌江四桥1501.7561/622014615102010岭兜特大桥1602.1141/425019615102012新渡口大桥1701.61/526014610152010新雅江大桥1761.7561/6.82701601010206图3-1乌江四桥复线桥拱箱截面
重庆交通大学硕士毕业论文34本研究采用大型通用有限元程序ANSYS进行空间有限元分析，模型采用的坐标系方向为：沿着跨径方向为Z方向，沿着拱肋截面横向为X方向，竖直方向为Y方向。模型由拱肋和缆风索组成。其中缆风索模拟采用LINK180单元；拱肋采用BEAM189单元模拟。拱肋ANSYS有限元建模示意图如图3-2所示。图3-2拱肋稳定性分析ANSYS有限元几何模型在建模分析中为简化处理，便于分析做出以下两点基本假定：钢筋混凝土截面不开裂，钢筋混凝土密实不存在自身缺陷，在分析时不计入由于开裂和不均匀等问题产生的抗弯、抗扭等刚度的变化。钢筋混凝土材料是均匀、连续、各向同性。根据研究对象，本研究拟定涉及混凝土材料和风缆材料，材料参数见表3.2。表3.2材料及截面参数值名称材料型号截面面积A（m2)弹性模量E（Pa）密度ρ（×103kg/m3)拱肋C50混凝土0.7883.45E+102.6风缆合成纤维芯钢索8.47E-047.56E+109.213拱箱截面特性见图3-3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度外倾式拱桥稳定及极限承载力分析[J]. 李小年,马如进,陈艾荣. 桥梁建设. 2012(01)
[2]抛物线浅拱面内弹性稳定性分析[J]. 蔡建国,冯健,陈耀,黄利锋. 中国科学:技术科学. 2010(02)
[3]我国混凝土拱桥现状调查与发展方向分析[J]. 陈宝春,叶琳. 中外公路. 2008(02)
[4]大曲率圆弧深拱平面弹性稳定分析[J]. 夏桂云,李传习,曾庆元. 工程力学. 2008(01)
[5]三向应力状态下混凝土动态强度和变形特性研究[J]. 闫东明,林皋,徐平. 工程力学. 2007(03)
[6]拱桥拱轴线的优化与选形[J]. 林阳子,黄侨,任远. 公路交通科技. 2007(03)
[7]日本钢筋混凝土拱桥调查与分析[J]. 陈宝健,许有胜,陈宝春. 中外公路. 2005(04)
[8]劲性骨架混凝土拱桥施工阶段的非线性稳定分析[J]. 谢尚英,钱冬生. 土木工程学报. 2000(01)
[9]万县长江大桥砼时效和几何、材料等非线性因素影响分析[J]. 顾安邦,刘忠,周水兴. 重庆交通学院学报. 1999(04)
[10]集中载荷作用下圆拱梁的静分叉问题[J]. 王林祥,武际可. 计算力学学报. 1999(03)
博士论文
[1]空间梁拱组合桥安全分析及控制研究[D]. 荀敬川.长安大学 2017
[2]钢筋混凝土拱肋稳定极限承载力研究[D]. 李松.西南交通大学 2009
[3]几何缺陷对拱结构力学性能的影响[D]. 易壮鹏.湖南大学 2007
[4]钢筋混凝土肋拱二阶设计方法研究[D]. 卫星.西南交通大学 2005
[5]大跨度钢管混凝土拱桥受力性能分析[D]. 崔军.浙江大学 2003
[6]大跨度钢管混凝土拱桥承载能力与施工控制研究[D]. 张建民.华南理工大学 2001
硕士论文
[1]异形拱桥的结构稳定性和动力性能分析[D]. 杜光.西南交通大学 2011
[2]山区大跨径钢筋砼箱型拱桥的合理布置和结构选型研究[D]. 田波.西南交通大学 2007
[3]大跨度拱桥稳定性研究[D]. 林力成.长安大学 2006
[4]大跨度钢管混凝土拱桥非线性稳定性研究[D]. 严定国.华中科技大学 2005
[5]大跨度钢筋混凝土箱形板拱的力学性能分析[D]. 邓志华.西南交通大学 2005
本文编号：3097888
【文章来源】：重庆交通大学重庆市
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
采用完全Newton-Raphson迭代的弧长法
大跨径的拱桥，其拱肋宽度可取接近2.8m,显然与单个箱宽约为1.3m~1.7m这一规律不符合。根据调查统计的表3.1可见，拱箱顶板、底板、腹板厚度变化也较大，当拱桥跨径较小时顶底板厚度稍小，当拱桥跨径较大时顶底板厚度稍大，但也不遵循某一规律进行几何参数选择，腹板厚度也同样如此。基于上述原因，进行钢筋混凝土箱板拱桥单肋拱箱合龙稳定性分析很难根据一个合适的规律进行截面参数选用。为便于建模比较分析,对于不同跨径的拱肋截面，其断面尺寸采用与150m跨径拱肋相同的断面尺寸为基础，按照长细比相等的原则确定。图3-1为乌江四桥复线桥实际拱箱截面参数。拱箱截面的几何参数对拱肋稳定性作用至关重要，但目前规范没有规定唯一的参数选取标准，多是根据经验选取截面的参数。当拱桥跨径超过150m之后，尤其是近200m级跨径的钢筋混凝土箱型拱桥，拱箱截面几何尺寸就没有一个很好的规律可龋基于这一事实查阅了相关文献，做了部分不同跨径拱桥钢筋混凝土箱型截面几何参数统计如表3.1所示。表3.1部分箱板拱桥拱肋几何参数计表桥梁名称跨径（m）拱轴系数矢跨比拱箱高度（cm）单肋拱肋宽度（cm）顶板现浇层厚度（cm）顶板预制厚度（cm）底板厚度（cm）腹板厚度（cm）大碧沟大桥1001.7561/619015010101810错开峡大桥103.42.2341/517514615101510八宿县怒江大桥1101.7561/6.875190136108188黄金大桥1201.3471/819014610101510铧头子大桥1301.7561/62001381010188乌江三桥1401.9881/52201461010156乌江四桥1501.7561/622014615102010岭兜特大桥1602.1141/425019615102012新渡口大桥1701.61/526014610152010新雅江大桥1761.7561/6.82701601010206图3-1乌江四桥复线桥拱箱截面
重庆交通大学硕士毕业论文34本研究采用大型通用有限元程序ANSYS进行空间有限元分析，模型采用的坐标系方向为：沿着跨径方向为Z方向，沿着拱肋截面横向为X方向，竖直方向为Y方向。模型由拱肋和缆风索组成。其中缆风索模拟采用LINK180单元；拱肋采用BEAM189单元模拟。拱肋ANSYS有限元建模示意图如图3-2所示。图3-2拱肋稳定性分析ANSYS有限元几何模型在建模分析中为简化处理，便于分析做出以下两点基本假定：钢筋混凝土截面不开裂，钢筋混凝土密实不存在自身缺陷，在分析时不计入由于开裂和不均匀等问题产生的抗弯、抗扭等刚度的变化。钢筋混凝土材料是均匀、连续、各向同性。根据研究对象，本研究拟定涉及混凝土材料和风缆材料，材料参数见表3.2。表3.2材料及截面参数值名称材料型号截面面积A（m2)弹性模量E（Pa）密度ρ（×103kg/m3)拱肋C50混凝土0.7883.45E+102.6风缆合成纤维芯钢索8.47E-047.56E+109.213拱箱截面特性见图3-3。
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度外倾式拱桥稳定及极限承载力分析[J]. 李小年,马如进,陈艾荣. 桥梁建设. 2012(01)
[2]抛物线浅拱面内弹性稳定性分析[J]. 蔡建国,冯健,陈耀,黄利锋. 中国科学:技术科学. 2010(02)
[3]我国混凝土拱桥现状调查与发展方向分析[J]. 陈宝春,叶琳. 中外公路. 2008(02)
[4]大曲率圆弧深拱平面弹性稳定分析[J]. 夏桂云,李传习,曾庆元. 工程力学. 2008(01)
[5]三向应力状态下混凝土动态强度和变形特性研究[J]. 闫东明,林皋,徐平. 工程力学. 2007(03)
[6]拱桥拱轴线的优化与选形[J]. 林阳子,黄侨,任远. 公路交通科技. 2007(03)
[7]日本钢筋混凝土拱桥调查与分析[J]. 陈宝健,许有胜,陈宝春. 中外公路. 2005(04)
[8]劲性骨架混凝土拱桥施工阶段的非线性稳定分析[J]. 谢尚英,钱冬生. 土木工程学报. 2000(01)
[9]万县长江大桥砼时效和几何、材料等非线性因素影响分析[J]. 顾安邦,刘忠,周水兴. 重庆交通学院学报. 1999(04)
[10]集中载荷作用下圆拱梁的静分叉问题[J]. 王林祥,武际可. 计算力学学报. 1999(03)
博士论文
[1]空间梁拱组合桥安全分析及控制研究[D]. 荀敬川.长安大学 2017
[2]钢筋混凝土拱肋稳定极限承载力研究[D]. 李松.西南交通大学 2009
[3]几何缺陷对拱结构力学性能的影响[D]. 易壮鹏.湖南大学 2007
[4]钢筋混凝土肋拱二阶设计方法研究[D]. 卫星.西南交通大学 2005
[5]大跨度钢管混凝土拱桥受力性能分析[D]. 崔军.浙江大学 2003
[6]大跨度钢管混凝土拱桥承载能力与施工控制研究[D]. 张建民.华南理工大学 2001
硕士论文
[1]异形拱桥的结构稳定性和动力性能分析[D]. 杜光.西南交通大学 2011
[2]山区大跨径钢筋砼箱型拱桥的合理布置和结构选型研究[D]. 田波.西南交通大学 2007
[3]大跨度拱桥稳定性研究[D]. 林力成.长安大学 2006
[4]大跨度钢管混凝土拱桥非线性稳定性研究[D]. 严定国.华中科技大学 2005
[5]大跨度钢筋混凝土箱形板拱的力学性能分析[D]. 邓志华.西南交通大学 2005
本文编号：3097888
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