上承式钢管混凝土变截面桁架拱桥静动力及稳定性分析
发布时间：2021-03-25 19:47
拱桥作为一种古典而优美的桥梁形式在我国拥有着久远的建造历史,在我国农业文明时期一直是主要建设桥型。随着钢管混凝土结构在拱桥中的应用,这一经典桥型越发轻巧的同时也具有了更强的表现力。自上世纪90年代我国第一座钢管混凝土拱桥修建以来,该桥型迅速在我国交通基础建设中得到了大量应用与快速发展。其中上承式钢管混凝土拱桥,因其构造简单、横向联系容易布置及桥面系支承于立柱上等独特优越性,整体性及横向稳定性均较好,成为了我国地质条件较好的山区峡谷地区有较强竞争力的桥型。本文以贵州省大小井特大桥为工程背景,使用Midas/Civil有限元软件建立了多个不同设计参数的全桥有限元模型,在对该桥成桥状态静力分析、自振特性及静力稳定性分析的基础上,探讨不同设计参数对结构性能的影响,主要研究内容如下:第一章介绍了钢管混凝土拱桥在国内外的发展概况以及国内对该桥型所做出的研究概况,对钢管混凝土拱桥结构形式的分类及各类型结构的特点进行了阐述。第二章介绍了本文选用的工程背景,对利用Midas Civil有限元分析软件进行建模的过程做出了简要描述。并进一步对该桥在成桥状态下,分别在恒载、活载单独作用及不同荷载组合作用下的静...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１五种主要结构形式??
?第二章钢管混凝上拱桥结构静力分析???第二章钢管混凝土拱桥结构静力分析??２．１工程概况??大小井特大桥位于贵州省罗甸县沫阳镇董当乡大井村，属于余庆至安龙高速公路项??目平塘至罗甸段的控制性工程之一。大桥整体呈北东－南西走向，跨越大井河，全长达??１．５公里，左、右幅桥长分别为１５０１ｍ和１４８６ｍ，、主桥的中心粧号定为Ｋ７０＋６５５．０。主??桥部分选用了计算跨径为４５０ｍ的上承式钢管混凝土变截面桁架拱，拱轴线型采用的是??悬链线ｍ＝１．５５，主跨矢高为１００ｍ，矢跨比取值为１／４．５。大小井特大桥主桥的桥型布??置图如图２．１所示。??Ｉ－）?「Ｉ?１”?「Ｉ??ｒ＾ｍｓｓ．??蠢?＇Ｖ＊＇＾?＾?Ｈ?“．ＭＵ＂．??醫—：……?—＾｝?．?．’’：■．ｐｙ＾ｌ＊，事＊，事＊本米少木冰」一??图２．１大小井特大桥主桥桥型布置阁??（１）主拱??主拱的结构形式采用了等宽变高度的空间桁架，拱圈截面的高度由拱顶处的８ｍ逐??渐增加到拱脚处的１４ｍ，拱圈截面拱肋之间的宽度为１６ｍ并设置米字型风撑及横向联??系，。桁架拱圈上、下弦杆均采用外直径（｛）１３６０ｍｍ的圆形钢管。结构自拱顶到拱脚位置，??上弦杆采用的钢管壁厚分别３２ｍｍ、２８ｍｍ、３５ｍｍ；下弦管米用的钢管壁厚分别为２８ｍｍ、??３２ｍｍ、３５ｍｍ。上下弦钢管之间通过内法兰盘进行栓接，并在钢管外侧进行焊接加固。??主拱圈钢管内灌注的混凝土采用Ｃ６０自密实微膨胀混凝上。??７??
?第二章钢管混凝上拱桥结构静力分析???分别为１０２．０２３和１０４．８６７ｍ。交界墩帽梁采用普通钢筋混凝上结构。??２．２有限元模型建立??大小井特大桥建模采用空间杆系有限元法对桥梁进行离散，采用桥梁通用计算软件??Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ，建立结构空间有限元模型。全桥共分为７０００个单元，４３８４个节点。建立??桥梁的空间有限元模型如图２．２所示。??图２．２大小井特大桥空间有限元模型??１、单元??建模时，桥面系钢纵梁、主拱拱上弦杆、下弦杆、斜腹杆、直腹杆、拱上立柱等构??件采用一般梁单元模拟，空钢管与核心采用共节点梁单元来模拟，扣、背索采用桁架单??元模拟。拱肋支座处采用板单元模拟。主拱＿及立柱与主梁的联系按照实际的约束情况??进行模拟。构件截面屮，将桥面系纵梁截面及主拱圈钢管砼截而按照组合截面进行模拟。??２、计算参数取值??（１）恒载??拱桥结构模型的自重由软件按照实际截面尺寸自行考虑，其中管内灌注的Ｃ６０混凝??土容重按照２５ｋＮ／ｍ３考虑，桥面板混凝土容重按照２６ｋＮ／ｍ３考虑，全部钢结构的容重??按照７８．５ｋＮ／ｍ３考虑，桥面板沥青砼铺装容重按照２４ｋＮ／ｍ３考虑，桥而上一侧的防撞??护栏及底座的容重按照３．５ｋＮ／ｍ考虑。??（２）温度荷载??结构体系的整体温差按照当地日平均最高气温和最低气温确定，经过综合分析后采??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度上承式钢管混凝土拱桥结构稳定性分析[J]. 郭杰. 城市建设理论研究(电子版). 2018(12)
[2]大跨径拱桥的发展及展望[J]. 郑皆连. 中国公路. 2017(13)
[3]钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展[J]. 张钱贵,张善勇. 科技视界. 2015(35)
[4]钢管混凝土拱桥结构分析与设计[J]. 蒋义. 山东工业技术. 2015(10)
[5]横撑对钢管混凝土桁肋提篮拱桥横向弹性稳定的影响[J]. 宋福春,吴倩娜. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]大跨上承式钢管混凝土拱桥的动力特性研究[J]. 曾勇,马如进,谭红梅. 中外公路. 2014(03)
[7]中国桥梁工程学术研究综述·2014[J]. 马建,孙守增,杨琦,赵文义,王磊,马勇,刘辉,张伟伟,陈红燕,陈磊,康军. 中国公路学报. 2014(05)
[8]钢管混凝土拱的面外徐变稳定性分析[J]. 蒋伟,吕大刚,杨大伟. 哈尔滨工业大学学报. 2013(10)
[9]大跨度钢管混凝土拱桥的双重非线性稳定性研究[J]. 韩兴,祝兵,张磊,朱建波,向宝山. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[10]上承式钢管混凝土拱桥动力特性分析[J]. 张强. 中国市政工程. 2013(02)
博士论文
[1]钢管混凝土拱施工阶段抗风性能与成桥阶段稳定性能研究[D]. 吴欣荣.哈尔滨工业大学 2015
[2]钢管混凝土拱肋稳定性的可靠度分析与安全系数评定[D]. 蒋伟.哈尔滨工业大学 2014
[3]考虑冻土—桩动力相互作用的长大桥梁地震响应分析[D]. 李永波.北京交通大学 2013
[4]钢管混凝土实肋拱面外稳定性能研究[D]. 李晓辉.福州大学 2011
[5]钢管混凝土非线性稳定承载能力与可靠度研究[D]. 徐腾飞.西南交通大学 2010
[6]大跨度钢管混凝土拱桥抗震性能及动力稳定研究[D]. 吴玉华.浙江大学 2009
[7]钢管混凝土窄拱桥的横向稳定性研究[D]. 潘盛山.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]环境温度对上承式钢管混凝土拱桥自振特性的影响及地震响应分析研究[D]. 胡涛.西南交通大学 2018
[2]钢管混凝土拱桥静动力力学性能分析[D]. 郭郅威.北京交通大学 2016
[3]单跨钢管混凝土拱桥稳定性及其影响参数和动力性能分析[D]. 王华.中南大学 2012
[4]深水悬臂桥墩动力特性及地震响应研究[D]. 柏晓东.哈尔滨工业大学 2011
[5]高墩大跨曲线连续刚构桥地震响应分析[D]. 张文.西南交通大学 2009
[6]大跨度钢管混凝土拱桥无支架缆索吊装过程中的仿真计算分析[D]. 王国俊.长沙理工大学 2005
本文编号：3100221
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１五种主要结构形式??
?第二章钢管混凝上拱桥结构静力分析???第二章钢管混凝土拱桥结构静力分析??２．１工程概况??大小井特大桥位于贵州省罗甸县沫阳镇董当乡大井村，属于余庆至安龙高速公路项??目平塘至罗甸段的控制性工程之一。大桥整体呈北东－南西走向，跨越大井河，全长达??１．５公里，左、右幅桥长分别为１５０１ｍ和１４８６ｍ，、主桥的中心粧号定为Ｋ７０＋６５５．０。主??桥部分选用了计算跨径为４５０ｍ的上承式钢管混凝土变截面桁架拱，拱轴线型采用的是??悬链线ｍ＝１．５５，主跨矢高为１００ｍ，矢跨比取值为１／４．５。大小井特大桥主桥的桥型布??置图如图２．１所示。??Ｉ－）?「Ｉ?１”?「Ｉ??ｒ＾ｍｓｓ．??蠢?＇Ｖ＊＇＾?＾?Ｈ?“．ＭＵ＂．??醫—：……?—＾｝?．?．’’：■．ｐｙ＾ｌ＊，事＊，事＊本米少木冰」一??图２．１大小井特大桥主桥桥型布置阁??（１）主拱??主拱的结构形式采用了等宽变高度的空间桁架，拱圈截面的高度由拱顶处的８ｍ逐??渐增加到拱脚处的１４ｍ，拱圈截面拱肋之间的宽度为１６ｍ并设置米字型风撑及横向联??系，。桁架拱圈上、下弦杆均采用外直径（｛）１３６０ｍｍ的圆形钢管。结构自拱顶到拱脚位置，??上弦杆采用的钢管壁厚分别３２ｍｍ、２８ｍｍ、３５ｍｍ；下弦管米用的钢管壁厚分别为２８ｍｍ、??３２ｍｍ、３５ｍｍ。上下弦钢管之间通过内法兰盘进行栓接，并在钢管外侧进行焊接加固。??主拱圈钢管内灌注的混凝土采用Ｃ６０自密实微膨胀混凝上。??７??
?第二章钢管混凝上拱桥结构静力分析???分别为１０２．０２３和１０４．８６７ｍ。交界墩帽梁采用普通钢筋混凝上结构。??２．２有限元模型建立??大小井特大桥建模采用空间杆系有限元法对桥梁进行离散，采用桥梁通用计算软件??Ｍｉｄａｓ／Ｃｉｖｉｌ，建立结构空间有限元模型。全桥共分为７０００个单元，４３８４个节点。建立??桥梁的空间有限元模型如图２．２所示。??图２．２大小井特大桥空间有限元模型??１、单元??建模时，桥面系钢纵梁、主拱拱上弦杆、下弦杆、斜腹杆、直腹杆、拱上立柱等构??件采用一般梁单元模拟，空钢管与核心采用共节点梁单元来模拟，扣、背索采用桁架单??元模拟。拱肋支座处采用板单元模拟。主拱＿及立柱与主梁的联系按照实际的约束情况??进行模拟。构件截面屮，将桥面系纵梁截面及主拱圈钢管砼截而按照组合截面进行模拟。??２、计算参数取值??（１）恒载??拱桥结构模型的自重由软件按照实际截面尺寸自行考虑，其中管内灌注的Ｃ６０混凝??土容重按照２５ｋＮ／ｍ３考虑，桥面板混凝土容重按照２６ｋＮ／ｍ３考虑，全部钢结构的容重??按照７８．５ｋＮ／ｍ３考虑，桥面板沥青砼铺装容重按照２４ｋＮ／ｍ３考虑，桥而上一侧的防撞??护栏及底座的容重按照３．５ｋＮ／ｍ考虑。??（２）温度荷载??结构体系的整体温差按照当地日平均最高气温和最低气温确定，经过综合分析后采??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨度上承式钢管混凝土拱桥结构稳定性分析[J]. 郭杰. 城市建设理论研究(电子版). 2018(12)
[2]大跨径拱桥的发展及展望[J]. 郑皆连. 中国公路. 2017(13)
[3]钢-混凝土组合结构桥梁研究新进展[J]. 张钱贵,张善勇. 科技视界. 2015(35)
[4]钢管混凝土拱桥结构分析与设计[J]. 蒋义. 山东工业技术. 2015(10)
[5]横撑对钢管混凝土桁肋提篮拱桥横向弹性稳定的影响[J]. 宋福春,吴倩娜. 沈阳建筑大学学报(自然科学版). 2014(05)
[6]大跨上承式钢管混凝土拱桥的动力特性研究[J]. 曾勇,马如进,谭红梅. 中外公路. 2014(03)
[7]中国桥梁工程学术研究综述·2014[J]. 马建,孙守增,杨琦,赵文义,王磊,马勇,刘辉,张伟伟,陈红燕,陈磊,康军. 中国公路学报. 2014(05)
[8]钢管混凝土拱的面外徐变稳定性分析[J]. 蒋伟,吕大刚,杨大伟. 哈尔滨工业大学学报. 2013(10)
[9]大跨度钢管混凝土拱桥的双重非线性稳定性研究[J]. 韩兴,祝兵,张磊,朱建波,向宝山. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2013(S1)
[10]上承式钢管混凝土拱桥动力特性分析[J]. 张强. 中国市政工程. 2013(02)
博士论文
[1]钢管混凝土拱施工阶段抗风性能与成桥阶段稳定性能研究[D]. 吴欣荣.哈尔滨工业大学 2015
[2]钢管混凝土拱肋稳定性的可靠度分析与安全系数评定[D]. 蒋伟.哈尔滨工业大学 2014
[3]考虑冻土—桩动力相互作用的长大桥梁地震响应分析[D]. 李永波.北京交通大学 2013
[4]钢管混凝土实肋拱面外稳定性能研究[D]. 李晓辉.福州大学 2011
[5]钢管混凝土非线性稳定承载能力与可靠度研究[D]. 徐腾飞.西南交通大学 2010
[6]大跨度钢管混凝土拱桥抗震性能及动力稳定研究[D]. 吴玉华.浙江大学 2009
[7]钢管混凝土窄拱桥的横向稳定性研究[D]. 潘盛山.大连理工大学 2004
硕士论文
[1]环境温度对上承式钢管混凝土拱桥自振特性的影响及地震响应分析研究[D]. 胡涛.西南交通大学 2018
[2]钢管混凝土拱桥静动力力学性能分析[D]. 郭郅威.北京交通大学 2016
[3]单跨钢管混凝土拱桥稳定性及其影响参数和动力性能分析[D]. 王华.中南大学 2012
[4]深水悬臂桥墩动力特性及地震响应研究[D]. 柏晓东.哈尔滨工业大学 2011
[5]高墩大跨曲线连续刚构桥地震响应分析[D]. 张文.西南交通大学 2009
[6]大跨度钢管混凝土拱桥无支架缆索吊装过程中的仿真计算分析[D]. 王国俊.长沙理工大学 2005
本文编号：3100221
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