钢桁梁柔性拱桥静动力以及稳定性分析

发布时间：2017-09-23 18:17

  本文关键词：钢桁梁柔性拱桥静动力以及稳定性分析

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【摘要】：本文首先对钢桁梁柔性拱桥的发展现状和结构特点做了简要的介绍,由于它具有美观轻盈、跨越能力强、施工方法灵活、材料的利用率高等特点,近年来在我国铁路桥梁中迅速发展。但是,由于人们对其在理论和工程实践上的认识还不够全面,目前在我国公路桥梁中,关于钢桁梁柔性拱的研究的可检索到文献资料相对较少,因此本文根据有限元建模的基本理论和一般步骤,以南屏大桥为工程背景,采用大型有限元软件Midas Civil 2012建立全桥空间有限元模型,对主跨为48+120+48m的双层钢桁梁柔性拱桥的设计方案进行了整体静力性能、动力特性和全桥稳定性分析以及研究。根据成桥阶段恒荷载、移动荷载、温度荷载、风荷载等6种必要的作用以及最不利荷载组合对钢桁梁柔性拱桥的受力特点(强度、刚度)进行了分析和总结,在动力部分,利用子空间迭代法对南屏大桥成桥状态进行了动力特性分析,包括桥梁的自振周期和振型的计算与讨论,并研究了结构参数变化对动力特性的影响,进一步阐述了刚性桁梁与柔性拱组合后结构的动力特点。再次,综述了稳定问题的基本类型、拱桥的主要失稳形式以及计算失稳的方法,采用有限元方法对南屏大桥的弹性稳定性进行了研究,并对影响稳定性的参数进行分析,主要研究局部杆件(竖腹杆、斜腹杆)刚度失效对全桥稳定性能的影响,找出了影响稳定的关键腹杆,同时分析了关键腹杆刚度变化对全桥稳定性能的影响,讨论了结构整体杆件(竖腹杆、斜腹杆、桥面横向联系、拱肋)刚度变化时稳定安全系数的变化趋势及相应的失稳模式,并根据影响因子计算出其对全桥整体稳定性的影响程度,最后研究了结构设计参数(拱肋横撑形式、宽跨比)的改变对全桥稳定性的影响。本文系统地总结了钢桁梁柔性拱桥的受力特性,掌握了该类桥梁的计算分析要点,全面的了解了此类桥梁结构的静力、动力特性和稳定性能,以期为具有同样结构特性的桥梁设计与施工提供参考。
【关键词】：钢桁梁柔性拱桥 有限元 静力特性 动力特性 稳定 参数分析
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 钢桁梁柔性拱桥的发展现状10-12
• 1.2 钢桁梁柔性拱桥结构组成与性能12-14
• 1.2.1 结构组成12-13
• 1.2.2 受力性能13-14
• 1.3 论文主要研究内容14-15
• 第二章 钢桁桁梁柔性拱桥的有限元模型建立方法15-23
• 2.1 概述15
• 2.2 空间有限元的基本理论15-17
• 2.3 依托工程总体概述17-19
• 2.4 依托工程的有限元模型的建立19-22
• 2.4.1 有限元模型建立原则19-20
• 2.4.2 主要构件模拟20-21
• 2.4.3 边界条件模拟21-22
• 2.5 小结22-23
• 第三章 静动力力学性能研究23-58
• 3.1 主要计算工况的确定23-27
• 3.2 静力性能研究27-44
• 3.2.1 恒载静力性能分析28-30
• 3.2.2 移动荷载作用性能分析30-33
• 3.2.3 温度荷载作用性能分析33-37
• 3.2.4 静风荷载作用性能分析37-39
• 3.2.5 荷载组合作用性能分析39-41
• 3.2.6 综合分析41-44
• 3.3 动力性能研究44-56
• 3.3.1 动力特性的分析方法44-46
• 3.3.2 南屏大桥动力性能分析46-51
• 3.3.3 结构参数的变化对动力特性的影响51-56
• 3.4 小结56-58
• 第四章 整体稳定性研究58-69
• 4.1 概述58
• 4.2 拱桥稳定问题的类型58-59
• 4.3 拱桥的平面屈曲59-61
• 4.4 拱的侧倾屈曲61-63
• 4.5 南屏大桥整体稳定性分析63-68
• 4.5.1 稳定性分析的有限元方法63-65
• 4.5.2 南屏大桥整体稳定性分析65-68
• 4.5.3 分析与讨论68
• 4.6 小结68-69
• 第五章 稳定性分析参数研究69-99
• 5.1 引言69
• 5.2 局部杆件失效对全桥稳定性的影响69-78
• 5.2.1 竖腹杆的影响70-72
• 5.2.2 斜腹杆的影响72-75
• 5.2.3 15号斜腹杆刚度变化对全桥稳定性的影响75-78
• 5.3 结构杆件整体刚度变化对全桥稳定性的影响78-95
• 5.3.1 概述78
• 5.3.2 竖腹杆整体刚度变化对结构稳定性的影响78-82
• 5.3.3 斜腹杆整体刚度变化对结构稳定性的影响82-85
• 5.3.4 桥面横向连接系整体刚度变化对结构稳定性的影响85-89
• 5.3.5 拱肋刚度整体变化对结构稳定性的影响89-93
• 5.3.6 构件整体刚度变化对结构稳定性的贡献93-95
• 5.4 结构设计参数对稳定性的影响95-98
• 5.4.1 概述95
• 5.4.2 拱肋横撑形式对结构稳定性的影响95-97
• 5.4.3 宽跨比对结构稳定性的影响97-98
• 5.5 小结98-99
• 结论与展望99-101
• 研究结论99-100
• 展望100-101
• 参考文献101-105
• 附录105-114
• 攻读硕士期间取得的研究成果114-115
• 致谢115

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本文编号：906762