葵花型拱桥主腹拱连接节点优化设计及受力特性分析

发布时间：2017-08-07 01:07

  本文关键词：葵花型拱桥主腹拱连接节点优化设计及受力特性分析

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【摘要】：葵花型拱桥是一种造型优美、结构新颖的新型桥梁,主拱之上再叠加小拱代替传统空腹式拱桥的立柱,在大幅减轻结构自重的同时,也可以增大结构的刚度,外型更是优美简洁,像是一朵绽放的葵花。该桥型结构新颖,与传统空腹式拱桥相比,在腹拱与主拱连接部位受力比较复杂,对其进行详细的受力性能分析并提供可行的优化设计方案具有重要的工程意义。本文以实际工程凤凰二桥为依托,采用有限元数值分析的方法重点对葵花型拱桥主腹拱连接节点的优化设计进行了详细的研究,主要完成了以下工作:1.采用Midas/Civil空间梁单元对结构进行仿真计算,详细研究对比了在不同荷载作用下,主腹拱采用不同连接方式时结构位移、内力以及应力的变化趋势,主要得出以下结论:主腹拱采用先铰结-后固结的连接方式可以有效减小腹拱拱脚的弯矩,虽然同时也会增大腹拱拱顶和主拱拱脚的弯矩,但是弯矩的变化值并不大;主腹拱采用先铰结-后固结的连接方式可以有效减小腹拱拱脚上缘的拉应力,但同时也会增大腹拱拱顶底板和主拱拱脚上缘的拉应力,为保证腹拱拱脚和腹拱拱顶都不产生较大的拉应力,最优的先浇段截面高度应介于50cm和70cm之间。2.基于梁单元的应力计算结果有一定的局限性,且对细节的模拟不尽人意,为了对结构局部进行更加精准的应力分析,采用ANSYS实体单元建立了凤凰二桥的节段有限元模型,并通过数值模拟和模型试验两个方面验证了节段有限元模型的正确性。3.采用ANSYS软件,研究了基于MPC法的建模方式,该方式能有效地解决网格大小不一致的实体单元之间的连接问题,而且能解决不同类型单元之间自由度不匹配的问题,便于结构不同区域之间分别采用独立的网格划分模式,最后采用凤凰二桥节点模型结果对MPC算法的准确性进行了验证。另外,本文在分析MPC算法有明显优势的同时也提出了其不可忽视的缺点和弊端,并给出了如何有效规避此问题的方法。4.使用工字钢代替混凝土作为先浇段来连接主拱和腹拱,通过改变工字钢的个数、长度、倾斜角度以及厚度四种方式来改变“拱脚先浇段”的刚度,分别研究四种情况下工字钢的刚度对结构控制截面应力和整体位移的影响。研究结果表明:保持工字钢的默认刚度,腹拱拱顶拉应力偏大,较其它几种方式,将工字钢的长度适当减小可以有效减小腹拱下缘拉应力;工字钢刚度越大,腹拱拱顶的位移越小,而主拱圈的位移越大,这与混凝土作为先浇段时的规律相反。本文建议主腹拱连接节点优先采用工字钢的方式,这样既能保证主腹拱的安全又能解决腹拱拱脚易开裂和后浇段浇筑困难的问题。
【关键词】：葵花型拱桥 连接节点 工字钢 受力性能 多点约束 优化设计
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.5
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 葵花型拱桥发展与现状11-12
• 1.2 葵花型拱桥节点连接优化与现状12-13
• 1.3 葵花型拱桥与传统拱桥简单对比13-14
• 1.4 依托背景工程介绍14-15
• 1.5 本文研究的主要内容15-17
• 第二章 基于空间梁单元的葵花型拱桥主腹拱连接节点优化17-41
• 2.1 葵花型拱桥结构体系及受力特性分析17-20
• 2.2 有限元模型的建立20-22
• 2.3 葵花型拱桥主腹拱连接节点优化22-37
• 2.3.1 对结构位移的影响23-25
• 2.3.2 对结构内力的影响25-30
• 2.3.3 对结构应力的影响30-37
• 2.4 对空间梁单元计算结果的讨论37-38
• 2.5 本章小结38-41
• 第三章 葵花型拱桥三维精细化有限元建模41-53
• 3.1 三维实体模型的建立41-43
• 3.2 数值分析验证节点模型的有效性43-46
• 3.3 模型试验验证节点模型的有效性46-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第四章 基于MPC接触算法的三维实体建模方法53-73
• 4.1 本文建模存在的难点53-57
• 4.2 ANSYS接触分析解决单元连接问题57-65
• 4.2.1 接触问题的概念57-58
• 4.2.2 接触类型及接触单元58-59
• 4.2.3 接触分析重要参数设置59-62
• 4.2.4 MPC接触算法的优势及使用方法62-65
• 4.3 凤凰二桥节点模型验证MPC方法的有效性65-71
• 4.3.1 验证实体—实体的连接65-69
• 4.3.2 验证实体—梁单元、板单元的连接69-71
• 4.4 本章小结71-73
• 第五章 葵花型拱桥节点连接方式的优化研究73-109
• 5.1 先浇段截面高度以及形状对结构的影响73-86
• 5.1.1 先浇段截面高度对结构的影响73-79
• 5.1.2 先浇段截面形状对结构的影响79-86
• 5.2 改变拱脚材料的优化方式86-108
• 5.2.1 工字钢个数对结构的影响86-94
• 5.2.2 工字钢长度对结构的影响94-99
• 5.2.3 工字钢倾斜角度对结构的影响99-103
• 5.2.4 工字钢厚度对结构的影响103-108
• 5.3 本章小结108-109
• 第六章 结论与展望109-111
• 6.1 结论109-110
• 6.2 展望110-111
• 参考文献111-114
• 致谢114

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：632182