钢管混凝土拱桥静动力力学性能分析

发布时间：2019-09-27 09:58

【摘要】：本论文针对钢管混凝土拱桥空间结构存在的问题,立题开展钢管混凝土拱桥的静动力力学性能及结构相关参数研究。论文的主要研究内容如下：(1)调研了国内外拱桥的发展及钢管混凝土结构的受力性能特点,并阐述了静动力分析、抗震性能分析的方法与研究现状,提出了要研究的问题。(2)论述了钢管混凝土结构的基本力学原理,根据组合结构理论方法对比分析了两种不同材料组成的钢管混凝土结构及套箍的作用,利用极限平衡原理求解相应的计算方程；利用屈服准则将钢管混凝土视作一个整体结构,采用增量法通过测定钢管和混凝土的本构关系逐步求得钢管混凝土的荷载-位移曲线。(3)依托钢管混凝土拱桥典型工程案例,建立有限元模型,研究分析恒载、活载、次内力以及温度效应对钢管混凝土结构的影响。由计算结果得,混凝土收缩徐变及预应力次内力的影响不容忽视;温度效应对拱肋结构的影响要大于对主梁的影响。对比分析了圆形钢管混凝土拱肋截面与矩形钢管混凝土拱肋截面形式对桥梁结构受力特能的影响,由结果可得,截面特性相同的情况下,截面形式对桥梁静力性能影响较小。(4)对桥梁结构自振特性进行了参数分析。通过计算对比分析了钢管壁厚、钢管内混凝土截面直径、矢跨比及横撑布置形式等参数变化对桥梁自振特性的影响。计算结果表明,拱肋截面参数的改变对于拱肋的动力性能影响较小;改变钢管混凝土拱桥的矢跨比是控制其动力性能的主要方法：横撑数量的增加可以提高钢管混凝土拱桥的横向抗变形能力,布置X型和K型横撑可以提高其抗扭性能。(5)使用反应谱法和时程法对钢管混凝土拱桥的抗震性能进行了对比分析,对钢管壁厚、钢管内混凝土截面直径、矢跨比及横撑布置形式等参数变化对桥梁抗震性能的影响进行了分析。分析结果显示,弯矩最大值出现在拱脚位置,改变拱肋截面参数对全桥的各方向抗震性能有较小限值的影响：选取合理矢跨比可以提高拱肋的抗震性能；横撑数量的增加可以提高拱肋横向抗震性能,对主梁的抗震性能影响较小,X型和K型横撑可以提高桥梁整体的抗扭性能。综上所述,通过对钢管混凝土拱桥的静、动力特性及抗震性能,得到了钢管壁厚变化、钢管混凝土结构的截面直径、矢跨比及横撑布置形式等参数变化下的钢管混凝土拱桥的静、动力及抗震性能的结构力学性能规律,可为今后同类型钢管混凝土拱桥的设计提供参考依据。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441;U448.22

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本文编号：2542646