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波形钢腹板拱桥静力及稳定性分析

作　者: 汤兆新
导　师: 张永水
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 波形钢腹板拱桥稳定性影响参数连接方式有限元
分类号: U448.213
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

近年来,拱桥在我国取得了蓬勃的发展,也取得了不少的成绩,各类型的拱桥我国都是处于领先地位。拱桥要想继续向大跨径方向发展,自重是影响其发展的一个瓶颈,要解决好这个问题必须寻求新的结构来减轻自重。波形钢腹板拱桥即是一种能很好的减轻自重的结构。波形钢腹板拱桥是由波形钢板代替传统的砼腹板而得名,用轻巧的波形钢板代替占拱圈重量25%至35%的砼以后,能够减轻拱圈的重量达20%至30%左右。试设计中拱圈重量减少了25.5%。拱圈的重量减轻了,拱脚的水平推力也则相应减少了,对墩台的要求也可以降低。本文运用大型通用有限元程序ANSYS,分别建立砼腹板和钢腹板的拱桥模型,砼腹板模型采用实体单元建立;钢腹板模型的顶底板采用实体单元建立,波形钢腹板采用壳单元建立,两种不同单元之间通过节点耦合来连接。通过在四种关键工况作用下静力分析,考虑了几何非线性,得出在无横向风力荷载作用下,砼腹板拱桥和钢腹板拱桥的拱圈最大位移相差不大;在有横向风力荷载作用下两者相差较大。钢腹板拱桥的应力都要比同种工况作用下的砼腹板的应力要大,增幅在8.42%到17.2%之间。考虑几何和材料非线性对两种模型进行屈曲分析,分别计算了砼腹板拱桥和波形钢腹板拱桥在四个关键工况下的稳定性。得到在恒载和活载作用下,两者的稳定系数相差不大,分别为2.5653和2.9084;在横向风荷载作用下,波形钢腹板拱桥的稳定性则减小很多为0.9878。证明波形钢腹板拱桥的稳定性对风比砼腹板拱桥的要敏感。通过对钢板厚度、波折尺寸、钢等级、砼强度、初始缺陷等影响参数的分析,得到这些参数波形钢腹板拱桥稳定性的影响规律,为波形钢腹板拱桥的优化设计提供理论依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章绪论  7-21
  1.1 拱桥的发展历史与应用现状  7-8
  1.2 拱桥稳定理论研究的历史与现状  8-10
  1.3 波形钢腹板在桥梁中的应用  10-14
  1.3 波形钢腹板力学性能的国外内研究现状  14-18
  1.4 波形钢腹板拱桥的提出  18-19
  1.5 本文的研究内容与方法  19-21
第2章拱桥稳定理论分析  21-37
  2.1 两类稳定问题  21-23
  2.2 平衡稳定性的判定准则  23-24
  2.3 稳定问题与强度问题的区别  24
  2.4 稳定问题的计算方法  24-26
  2.5 第一类稳定问题的有限元分析  26-28
  2.6 第二类稳定问题的有限元分析  28-30
  2.7 拱桥的平面屈曲  30-36
  2.8 本章小结  36-37
第3章波形钢腹板拱桥的试设计  37-52
  3.1 广元昭化嘉陵江大桥工程概况  37-38
  3.2 昭化嘉陵江大桥波形钢腹板拱桥试设计  38-42
  3.3 试设计的工程量  42
  3.4 波形钢腹板与混凝土顶板、底板的连接方式  42-49
  3.5 我国几座波形钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板与混凝土顶、底板的结合方式  49-50
  3.6 本试设计中采用的连接方式  50-51
  3.7 本章小结  51-52
第4章波形钢腹板拱桥空间受力分析  52-63
  4.1 有限元模型的建立  52-55
  4.2 荷载分析及加载工况  55-60
  4.3 分析与探讨  60-63
第5章波形钢腹板与混凝土腹板拱桥稳定性分析  63-75
  5.1 ANSYS 分析拱肋非线性的实现方法  63-64
  5.2 稳定系数  64-74
  5.3 分析与探讨  74-75
第6章波形钢腹板稳定性参数分析  75-80
  6.1 钢板厚度  75-76
  6.2 波折尺寸  76-77
  6.3 钢等级  77
  6.4 混凝土强度  77-78
  6.5 初始缺陷  78-80
第7章结论与展望  80-82
  7.1 主要结论  80-81
  7.2 展望  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-87
在学期间发表论著及参与科研情况  87

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