基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化
发布时间：2020-12-13 21:37
拱桥的主要受力构件为主拱圈,而主拱圈的内力分布和拱轴线形状密切相关。根据拱上建筑的布置情况选择合理的拱轴线,尽可能地减小主拱圈弯矩,使主拱圈主要受压以充分利用材料的抗压性能。通过优化分析使得拱轴线与结构压力线尽可能的吻合,从而减小主拱圈弯矩。本文结合桥梁结构优化分析方法,针对基于无铰拱模型拱桥拱轴线优化在拱脚优化效果不好的情况,提出基于对应两铰拱模型的拱桥拱轴线优化方法。以某下承式钢管混凝土拱桥为工程背景,运用ANSYS有限元软件和MATLAB程序实现拱桥拱轴线优化。首先,选择合适的有限元单元对钢管混凝土拱桥拱肋、纵梁、横梁、吊杆、系杆、风撑、墩柱等进行模拟,并分析在结构自重荷载作用下拱桥的内力分布以及挠度情况。其次,以拱肋各节点的纵坐标为设计变量,运用ANSYS中APDL参数化建立拱桥对应的两铰拱模型。在优化模块中设置优化三大变量,拱肋各节点的纵坐标为设计变量,拱肋应力与最大挠度值为状态变量,拱肋的弯曲应变能为目标函数。选择一阶方法搜索目标函数最优解。提取优化分析后弯曲应变能最小时的拱肋各节点的坐标,由于这些点的连线为折线,所以运用MATLAB程序编写四次抛物线拟合程序对该系列离散点...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阿瑞凯比克桥
比如钢管混凝土拱桥、钢拱桥以及众多新颖的组合体系拱桥[10]。(1) 石拱桥拱桥遍布在山谷、河流等各种地形中，样式各异，造型优美，与周围环境完美融合。石拱桥作为拱桥最原始的形态，许多石拱桥是具有欣赏价值的建筑艺术品，蕴含着鲜明的时代特色，直到现在依旧为人类赞叹不已。公元前1300-1190 年，在希腊迈锡尼修建的 Arkadiko Bridge 是世界上现存最古老的石拱桥。该拱桥长 22m，高 4m，跨度约 2m，横截面上窄下宽，顶部宽约 2.5m，底部宽约 5.6m，如图 1-1 所示[1]。
1937 年建成的天津大红桥，是中国最早的钢拱桥，全长 80.24m，由三孔组成，最大跨径是中孔的 57.37m。早期由于钢拱桥用钢量较大，养护费用较高，而中国的工业生产技术和经济落后，所以钢拱桥的发展受到约束。随着改革开放，中国工业的发展，钢材的强度、韧性的改进，使钢材质量、种类和产量都不断提高，钢材在拱桥中应用也不断发展。2003 年，上海卢浦大桥[6]的建成，该桥是中承式拱梁结合体系钢拱桥，两边跨是100m上承式拱梁结构，中跨550m，矢跨比为 1/5.5。2009年的重庆朝天门大桥[7]，主跨 552m，超越卢浦大桥成为“世 界第一拱桥” ，使我国拱桥跨径重新刷新。该桥为中承式钢桁连续系杆拱桥，上层桥面是双向六车道，下层桥面在两侧预留汽车车道之间有双线城市轨道交通。主桥长 923m，跨径布置为 190m+552m+190m，中跨矢跨比为 1/4.31，如图 1-4所示。虽然钢拱桥在中国的起步相对较晚，但近几年发展迅速，不仅是数量的增多，跨径也在不断突破，施工技术也在不断进步，如今已经达到世界先进水平。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望[J]. 陈宝春,韦建刚,周俊,刘君平. 土木工程学报. 2017(06)
[2]我国大跨径混凝土拱桥的发展新趋势[J]. 郑皆连. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2016(S1)
[3]混凝土系杆拱桥优化设计[J]. 乔建东,吴慧山,杨伟. 西南交通大学学报. 2015(02)
[4]刚性系杆拱桥成桥吊杆索力优化方法的适用性研究[J]. 傅金龙,黄天立. 铁道科学与工程学报. 2014(04)
[5]考虑几何非线性的新型索拱桥拱轴线优化[J]. 胡常福,郑恒,任伟新,上官兴. 土木建筑与环境工程. 2014(04)
[6]新型索拱桥索力与拱轴线双优化实用方法[J]. 胡常福,郑恒,任伟新,上官兴. 中南大学学报(自然科学版). 2014(07)
[7]钢箱砼组合拱桥的拱轴线优化算法研究[J]. 宰国军,周志祥. 土木建筑与环境工程. 2014(S1)
[8]中国钢拱桥发展现状调查与分析[J]. 陈宝春,陈康明,赵秋. 中外公路. 2011(02)
[9]哈大高速铁路钢箱叠合拱桥拱脚局部应力分析[J]. 夏超逸,雷俊卿. 北京交通大学学报. 2010(04)
[10]考虑结合处弯矩限值的混合梁斜拉桥索力优化[J]. 杨德灿,章芳芳. 华中科技大学学报(自然科学版). 2010(08)
博士论文
[1]在役石拱桥评估与加固关键技术研究[D]. 郭风琪.中南大学 2012
[2]基于遗传算法的连续梁桥优化设计方法与应用研究[D]. 唐海红.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于安全富余度的不对称连续刚构桥优化设计研究[D]. 李亮.重庆交通大学 2016
[2]考虑颤振及静力刚度约束的悬索桥优化设计研究[D]. 欧阳涛.中南大学 2014
[3]钢拱桥极限跨径研究[D]. 王剑.重庆交通大学 2012
[4]钢管混凝土提篮拱桥索力优化及线形控制研究[D]. 孙松.长安大学 2012
[5]优化理论及ANSYS程序在桥梁优化设计中的应用研究[D]. 邓杨芳.重庆交通大学 2009
[6]大跨度钢管混凝土拱桥设计研究[D]. 张仁根.浙江大学 2008
本文编号：2915211
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
阿瑞凯比克桥
比如钢管混凝土拱桥、钢拱桥以及众多新颖的组合体系拱桥[10]。(1) 石拱桥拱桥遍布在山谷、河流等各种地形中，样式各异，造型优美，与周围环境完美融合。石拱桥作为拱桥最原始的形态，许多石拱桥是具有欣赏价值的建筑艺术品，蕴含着鲜明的时代特色，直到现在依旧为人类赞叹不已。公元前1300-1190 年，在希腊迈锡尼修建的 Arkadiko Bridge 是世界上现存最古老的石拱桥。该拱桥长 22m，高 4m，跨度约 2m，横截面上窄下宽，顶部宽约 2.5m，底部宽约 5.6m，如图 1-1 所示[1]。
1937 年建成的天津大红桥，是中国最早的钢拱桥，全长 80.24m，由三孔组成，最大跨径是中孔的 57.37m。早期由于钢拱桥用钢量较大，养护费用较高，而中国的工业生产技术和经济落后，所以钢拱桥的发展受到约束。随着改革开放，中国工业的发展，钢材的强度、韧性的改进，使钢材质量、种类和产量都不断提高，钢材在拱桥中应用也不断发展。2003 年，上海卢浦大桥[6]的建成，该桥是中承式拱梁结合体系钢拱桥，两边跨是100m上承式拱梁结构，中跨550m，矢跨比为 1/5.5。2009年的重庆朝天门大桥[7]，主跨 552m，超越卢浦大桥成为“世 界第一拱桥” ，使我国拱桥跨径重新刷新。该桥为中承式钢桁连续系杆拱桥，上层桥面是双向六车道，下层桥面在两侧预留汽车车道之间有双线城市轨道交通。主桥长 923m，跨径布置为 190m+552m+190m，中跨矢跨比为 1/4.31，如图 1-4所示。虽然钢拱桥在中国的起步相对较晚，但近几年发展迅速，不仅是数量的增多，跨径也在不断突破，施工技术也在不断进步，如今已经达到世界先进水平。
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望[J]. 陈宝春,韦建刚,周俊,刘君平. 土木工程学报. 2017(06)
[2]我国大跨径混凝土拱桥的发展新趋势[J]. 郑皆连. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2016(S1)
[3]混凝土系杆拱桥优化设计[J]. 乔建东,吴慧山,杨伟. 西南交通大学学报. 2015(02)
[4]刚性系杆拱桥成桥吊杆索力优化方法的适用性研究[J]. 傅金龙,黄天立. 铁道科学与工程学报. 2014(04)
[5]考虑几何非线性的新型索拱桥拱轴线优化[J]. 胡常福,郑恒,任伟新,上官兴. 土木建筑与环境工程. 2014(04)
[6]新型索拱桥索力与拱轴线双优化实用方法[J]. 胡常福,郑恒,任伟新,上官兴. 中南大学学报(自然科学版). 2014(07)
[7]钢箱砼组合拱桥的拱轴线优化算法研究[J]. 宰国军,周志祥. 土木建筑与环境工程. 2014(S1)
[8]中国钢拱桥发展现状调查与分析[J]. 陈宝春,陈康明,赵秋. 中外公路. 2011(02)
[9]哈大高速铁路钢箱叠合拱桥拱脚局部应力分析[J]. 夏超逸,雷俊卿. 北京交通大学学报. 2010(04)
[10]考虑结合处弯矩限值的混合梁斜拉桥索力优化[J]. 杨德灿,章芳芳. 华中科技大学学报(自然科学版). 2010(08)
博士论文
[1]在役石拱桥评估与加固关键技术研究[D]. 郭风琪.中南大学 2012
[2]基于遗传算法的连续梁桥优化设计方法与应用研究[D]. 唐海红.哈尔滨工业大学 2009
硕士论文
[1]基于安全富余度的不对称连续刚构桥优化设计研究[D]. 李亮.重庆交通大学 2016
[2]考虑颤振及静力刚度约束的悬索桥优化设计研究[D]. 欧阳涛.中南大学 2014
[3]钢拱桥极限跨径研究[D]. 王剑.重庆交通大学 2012
[4]钢管混凝土提篮拱桥索力优化及线形控制研究[D]. 孙松.长安大学 2012
[5]优化理论及ANSYS程序在桥梁优化设计中的应用研究[D]. 邓杨芳.重庆交通大学 2009
[6]大跨度钢管混凝土拱桥设计研究[D]. 张仁根.浙江大学 2008
本文编号：2915211
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