潘盛山[1]2004年在《钢管混凝土窄拱桥的横向稳定性研究》文中研究指明在公路和城市桥梁中,钢管混凝土拱桥以跨越能力大、承载能力高、工程造价低、养护维修费用少、造型美观和施工方便等特点,在国内外得到了广泛的应用。对于大跨径的钢管混凝土拱桥,特别是窄桥,其横向稳定性问题特别突出,通常成为设计的控制因素。本文在总结前人对圆弧拱横向稳定实用计算的研究成果基础上,对上承式、中承式、下承式X型双肋无铰拱桥的横向稳定性进行系统的分析研究,主要研究内容如下: 1、利用能量原理,以桥面高度处的拱肋中心距作为桥梁的宽度,考虑中承式拱桥中桥面位置的影响,首次建立了包含上承式、中承式和下承式的X型双肋拱在保向力和非保向力作用下横向稳定临界荷载的统一计算公式。分析了拱肋的抗扭刚度和竖向抗弯刚度、横系梁的抗弯刚度与数量、矢跨比、宽跨比、拱肋内倾角度、桥面位置、桥面横向抗弯刚度等结构参数对拱横向稳定性的影响,并给出相应的图表。提出了改进X型双肋拱桥稳定性的方法。研究结果表明:横系梁在拱切向平面内的抗弯刚度与拱肋的横向抗弯刚度之比宜取为0.5～3;对于中承式拱桥,无论是否考虑非保向力的影响,桥面在立面上的位置宜选择.f_0/f=0.7～0.9。 2、运用空间有限元数值分析,弥补了解析法中位移函数假设上缺陷所造成的结果偏差。分别对上承式、中承式和下承式X型双肋拱桥的合理拱肋内倾角度与各结构参数之间的关系进行系统的分析。通过回归方法得出下承式、中承式X型双肋拱桥合理内倾角度的近似表达式,可供工程设计参考。研究结果表明:不是所有的X型双肋拱桥都具有比平行拱桥更好的横向稳定性。拱肋内倾时能否提高拱的横向稳定性与拱系的宽跨比、横系梁在拱肋切向平面内的抗弯刚度、横系梁的数量及桥面在拱系立面上的位置等参数有关。在合理内倾角度下,拱肋内倾可以有效地提高拱的横向稳定性。对中承式和下承式拱桥,在合理内倾角度下可取得较好的经济效益,而上承式拱桥的拱肋内倾角度应慎重选取。 3、对常见的平式横撑进行简化分析,将之等效为一字撑,并得出其换算抗弯刚度。运用响应面法得出K撑换算抗弯刚度的近似表达式。通过有限元数值分析,对双肋拱桥横撑的合理布置位置及其型式进行优化分析。研究结果表明:当设置多根横撑时(即横撑根数N≥3),在拱的各种结构参数下拱顶横撑在拱径向平面内的抗弯刚度对拱的横向稳定性影响不大。当拱的横向失稳屈曲模态为半波正对称时,在拱的0.21L～0.38L附近处对称设置平式横撑比较有效;当拱的横向失稳屈曲模态为半波反对称弯扭耦合时,在拱脚附近摘要和拱顶的部分区域内设置平式横撑可以有效提高拱的横向稳定性,即拱的0.08L一0.2lL和0.42L一0.5L处。对于X型双肋拱,由于其横向失稳模态通常为半波反对称,因此横撑布置应如后者。桥面以上部分横撑采用K撑结构即可得到足够的横撑抗弯刚度,而没有必要采用抗弯刚度更大的交叉撑和米字撑等平式横撑。立式横撑布置在拱的0.125L一0.ZL附近比较有效。 4、对铜瓦门大桥与丹东市月亮岛大桥的稳定性进行分析,并对设计与施工中的关键问题进行探讨,论证了单片析架式钢管混凝土拱桥在大跨度窄桥中应用的合理性。关键词:钢管混凝土拱桥,窄桥,X型双肋拱,横向稳定性,单片析架式,横 撑分布,合理内倾角度
滕启杰[2]2007年在《钢管混凝土拱桥的极限承载力研究》文中研究说明在公路和城市桥梁中，钢管混凝土拱桥以跨越能力大、承载能力高、工程造价低、养护维修费用少、结构轻盈美观和施工方便等特点，在国内外得到了广泛的应用。由于交通流量、地形地势及投资规模的需要，公路桥梁设计经常会遇到宽跨比小于等于1／20的大跨度窄桥，而仅由两根钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的平面桁架式拱肋为大跨度窄拱桥的设计增加了一种新颖的桥梁结构型式，具有明显的合理性和优越性。由于其拱肋自身的横向抗弯刚度较小，所以横向稳定性问题更加突出。本文结合主跨238m、宽跨比仅为1／23.8铜瓦门大桥和主跨202m、宽跨比仅为1／22.44丹东月亮岛大桥工程实际，在钢管混凝土拱桥横向稳定性解析法、稳定性可靠度、极限承载力方面进行了研究和探讨，具体研究内容如下：1、利用能量原理，首次采用一个半波对称和两个半波反对称两种位移函数，以桥面高度处的拱肋中心距作为桥梁的宽度，考虑中承式拱桥桥面位置的影响，建立了包含上承式、中承式和下承式X型抛物线双肋拱在保向力和非保向力作用下的横向稳定承载力的统一计算公式。分析了拱肋的抗扭刚度和竖向抗弯刚度、横系梁的抗弯刚度与数量、矢跨比、宽跨比、拱肋内倾角度、桥面位置、桥面横向抗弯刚度等结构参数对拱横向稳定性的影响，给出相应的图表，并讨论了提高拱系横向稳定性的有效途径。2、根据钢管混凝土主要理论，在充分考虑材料性能、结构几何参数和计算模式的不定性基础上，建立了主要受力部件拱肋局部稳定性失效模式下功能函数，以浙江铜瓦门大桥和丹东月亮岛大桥为工程背景，建立了拱肋在最不利荷载工况下，五个典型截面的功能函数，计算结果表明五个典型截面稳定性可靠指标都满足公路桥梁结构安全等级为一级的延性破坏目标可靠指标要求；对于大型复杂桥梁结构的极限功能函数不能用显式表达的可靠度评估问题，采用与结构可靠度几何法相结合的响应面样本选取的新方法，针对中承式拱和下承式系杆拱进行整体稳定性可靠度研究，获得了基于可靠度的评估结果，并对相关参数进行了分析，找出了影响面外失稳的主要参数。3、基于非线性有限元法的基本原理，采用核心混凝土偏心受压应力—应变关系，开发出用于钢管混凝土拱桥极限承载力的分析软件。以铜瓦门大桥为工程背景，进行了考虑几何和材料双重非线性的极限承载力分析，研究了加载方式、拱肋含钢率、拱肋混凝土标号、腹杆塑性等因素对桥梁极限承载力的影响。全桥和半桥加载时，弹塑性极限活载系数分别为10.73和5.6；对比弹塑性和线弹性的计算结果，无论是变形还是内力，均有较大的差异，说明该桥进入弹塑性阶段，由于截面刚度的变化，存在显着的内力重分布现象；该桥的线弹性稳定安全系数远大于弹塑性极限荷载安全系数。在实际工程应用的范围内，提高拱肋的含钢率并没有显着提高结构的极限承载力；对于径厚比的选取，除了参照规范规定还应考虑结构的实际受力特性，这样保证体系稳定安全的前提下，采用合理的含钢率不仅能保证结构的极限承载力还能具有可观的经济效益。
张哲, 石磊, 潘盛山, 滕启杰[3]2005年在《大跨度钢管混凝土窄拱桥的设计实践探索》文中研究表明以大连理工大学桥梁工程研究所近年来设计的钢管混凝土拱桥为工程背景,介绍了在大跨度窄桥设计、施工中所采用到的一些新的设计方法,对大跨度钢管混凝土窄拱桥的关键技术问题、尤其是拱桥稳定性问题进行了深入地研究分析,结论表明单片桁架式钢管混凝土拱桥在大跨度窄桥中应用是合理的,并且具有一定的优越性。
易云焜[4]2007年在《梁拱组合体系设计理论关键问题研究》文中进行了进一步梳理梁拱组合体系是对传统拱桥的发展，是梁桥和拱桥的结合体，集合了两者的优点。在60～200m跨径范围内，梁拱组合体系造价低廉、施工难度小、对通航基本无阻碍，是最具有竞争力的桥型之一。常见的梁拱组合体系有平行式和内倾式(即提篮拱)两种；但近年来，将拱肋外倾，形成外倾式梁拱组合体系(即蝶形拱)的桥梁也屡见不鲜。本文对平行式梁拱组合体系的概念设计进行了归纳总结，对平行式梁拱组合体系的简化计算和梁拱协作机理进行了研究，对外倾式梁拱组合体系的拱肋倾角和吊杆夹角进行了参数分析以及提出了一种新的确定外倾式梁拱组合体系空间多索面吊杆张拉力的方法。1．平行式和外倾式梁拱组合体系的概念设计比较全面地归纳和总结了平面梁拱组合体系总体设计参数(矢跨比、拱肋高跨比、主梁高跨比、拱肋倾角、索面布置等)的一般确定原则以及结构截面尺寸(包括拱肋、主梁、吊杆)的常用取值；结合现有工程实例，总结了外倾式梁拱组合体系的结构布置规律。比较全面地总结了梁拱组合体系关键部位的试验和有限元分析结果，提出了梁拱组合体系关键部位钢筋的四个作用：拱肋的配筋要求；主梁的配筋要求、拱肋与主梁结合传力的配筋要求；局部应力集中的配筋要求。由此得出了关键部位钢筋布置的四个原则：拱肋的纵向钢筋和箍筋；主梁的纵向钢筋和箍筋；垂直于拱肋的斜拉筋；支座和角隅的加强钢筋网。2．梁拱组合体系的实用计算对均布荷载作用下，梁拱组合体系吊杆力的有限元结果进行分析、综合，作出了吊杆力大小相等的假定，并将吊杆力假定为膜张力，将梁拱组合体系分解成梁拱组合体和吊杆两种构件，由变形协调方程，通过结构力学方法求解出了均布荷载作用下梁拱组合体系的吊杆均布膜张力以及跨中拱肋、主梁挠度的简化公式。分析了简化公式误差产生的原因，即，用四次抛物线膜张力修正均布膜张力、余弦荷载修正膜张力产生的误差，分别提出了修正系数c1、c2，再将修正后的结果与有限元结果的比较，提出了综合修正系数c3。讨论了轴向变形的影响，给出了特例情况下的公式简化，并从动态变形协调角度得出了同样的计算公式。提出了集中荷载作用下的影响线求解思路。3．梁拱组合体系的梁拱协作机理研究由结构力学方法，给出了外荷载分别作用在拱肋、主梁以及均布膜张力作用下梁拱组合体的有关计算公式，并求解出了梁拱组合体的弹性中心公式。求解出了拱梁荷载比、拱梁弯矩比的计算公式，讨论了梁拱截面抗弯刚度比、吊杆拱肋等代弯矩刚度比、矢跨比、轴向变形影响系数对它们的影响曲线关系。由拱梁弯矩比、主梁轴力、主梁挠度、拱肋挠度四个指标，对刚拱柔梁、柔拱刚梁、刚拱刚梁进行了界定，得出了界定值，认为可将EI_b／EI_a≤1／50定义为刚拱柔梁；可将EI_b／EI_a≥20定义为柔拱刚梁，且必须将柔拱刚梁的计算模式取为朗格拱，不能仅将EI_a=20EI_b。4．外倾式梁拱组合体系的合理倾角确定根据拱肋、主梁、吊杆的夹角关系对外倾式梁拱组合体系进行了分类，由拱肋与竖直平面的夹角关系提出了基本体系Ⅰ、由拱肋和吊杆的夹角关系提出了基本体系Ⅱ。通过基本体系Ⅰ的位移、内力影响线分析，以及梁拱结构变形、结构内力、吊杆力、结构稳定性能等结构性能指标与拱肋倾角的关系的参数分析，得到了这些指标与拱肋倾角的变化关系，提出了合理的拱肋倾角值，即不超过30°；通过这些指标与吊杆夹角的关系的参数分析，得到了这些指标与吊杆夹角的变化关系，提出了合理的吊杆夹角值为零，即拱肋外力与拱肋同平面。5．空间多索面吊杆张拉力的确定探讨了桥梁结构的合理设计状态含义，并将其分为施工、成桥、运营等叁个阶段，论述了叁个阶段合理设计状态的定义和相互关系。提出运营阶段是桥梁合理设计状态的核心，但由于运营阶段的可变作用、收缩徐变等影响难于确定，实际中常常求解成桥时的合理设计状态。提出了一种新的、借助于大型通用有限元软件ANSYS的一阶优化算法的、能确保施工、成桥、营运设计受力和线型状态合理的、根据实际施工过程全仿真的、方便处理各种非线性因素影响的成桥合理设计状态索力(吊杆力)确定方法。这种方法简单可行，能建立成桥索力(设计变量)与合理设计状态指标(优化目标)的直接、正向联系。
谢海清[5]2012年在《特大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥结构选型及关键力学问题研究》文中研究表明随着我国客运专线的高速发展,铁路桥梁的跨度也在不断增大,其中以在平原地区跨越长江的武汉天兴洲大桥(主跨504m斜拉桥)和南京大胜关桥(主跨336m下承式钢桁拱桥)最具代表性。但当线路跨越山区深谷时,受桥位处地形以及施工场地和运输条件等限制,钢斜拉桥及桁拱桥较难实施。混凝土拱桥以其刚度大、承载能力强、施工方便、受温度变化影响小及与地形协调等诸多优点,成为在山区修建大跨度铁路桥梁的首选。目前国内外已建成的跨度超过300m的混凝土拱桥仅有6座,且均为公路桥,在客运专线上还没有先例。如何在山区修建高标准铁路客运专线特大跨度混凝土拱桥,是目前面临的重要研究课题。本文以在建的沪昆客专北盘江特大桥(主跨445m上承式混凝土拱桥)为工程背景,在特大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥的结构选型、桥梁施工全过程的力学行为(结构静力、混凝土的长期收缩徐变及非线性稳定性)和车桥耦合振动方面开展了研究,具体内容如下：(1)查阅国内外相关文献,调研了特大跨度混凝土拱桥的桥型结构现状,提出山区客运专线铁路修建特大跨度混凝土拱桥需研究的关键力学问题,并系统的总结了特大跨度铁路混凝土拱桥设计理论框架。(2)论述了桥梁结构的概念设计理论,基于桥梁概念设计理论,从合理结构体系的选择、施工方法的选择和重要设计参数的优化及调整叁个方面出发,研究了客运专线铁路特大跨度混凝土拱桥的结构选型。提出了经济合理结构型式、综合最优的施工方案和重要设计参数的选取原则。(3)提出了特大跨度铁路混凝土拱桥劲性骨架施工全过程的结构静力关键问题。针对提出的关键问题,对背景工程的施工全过程劲性骨架应力变化规律、主拱外包混凝土的应力控制及调整和主拱预拱度设置等进行了详细分析。(4)对特大跨度钢筋混凝土拱桥的长期收缩徐变行为进行了确定性分析。并基于MC90收缩徐变模型和LHS拉丁超立方抽样技术,研究了特大跨度混凝土拱桥收缩徐变行为的随机性,同时对背景工程主拱的长期收缩徐变下挠值进行了预测。(5)研究了特大跨度劲性骨架混凝土拱桥主拱施工全过程的结构整体非线性稳定性(考虑了几何非线性、材料非线性及单根构件极限承载力的影响)。分析得到背景工程主拱施工全过程结构非线性稳定安全系数,并对其施工全过程的整体稳定进行评价,确定了整体稳定性的最不利控制性工况。(6)研究了主拱的构造宽度和高度对车桥耦合振动响应的影响,综合比较确定了背景工程经济合理的主拱截面构造尺寸。在此基础上,采用将残余徐变和温度变形作为初始桥面不平顺迭加到轨道不平顺中的方法,对温度及残余徐变变形对其高速列车走行性的影响进行了研究。
李夫凯[6]2009年在《某下承式钢管混凝土拱桥的稳定性能分析》文中研究说明钢管混凝土拱桥因其较好地解决了拱桥吊装重量和跨度的矛盾,是近十多年来发展最迅速的桥梁结构之一。但是,相对于工程实践,钢管混凝土拱桥的设计理论相对滞后且随着跨径的增大,稳定性问题变得越来越突出,现已成为拱桥设计的重要控制因素之一。稳定问题通常分为两类,第一类稳定问题最后可以归结为求特征值问题,计算简单。第二类稳定问题,因为考虑了几何非线性、材料非线性和初始缺陷的影响,所以计算出的极限承载力更符合工程实际。本文通过有限元分析程序对一钢管混凝土拱桥的线弹性稳定性影响因素进行了分析,探讨了拱桥矢跨比、横撑的形式和刚度、拱肋刚度和吊杆的刚度对稳定性的贡献,提出了一些对拱桥设计具有参考价值的建议。利用Ansys大型有限元分析软件对一钢管混凝土拱桥进行了特征值屈曲分析和非线性屈曲分析。在非线性分析中,引入了钢管混凝土构件的本构关系模型,以考虑材料非线性对稳定性的影响。分析的结果表明:线性特征值屈曲分析的安全系数明显偏大,可能产生非保守的结果;几何非线性对钢管混凝土拱桥的稳定性影响较小;考虑双重非线性因素计算出的临界荷载值要远小于按线弹性分析和考虑几何非线性的分析结果,得出钢管混凝土拱桥稳定性分析需要考虑几何非线性和材料非线性的结论。
李光凤[7]2011年在《自锚式悬索桥与上承式拱桥组合体系桥梁的稳定性分析》文中认为稳定问题是桥梁分析中经常遇到的问题,是关系结构安全与经济的主要问题之一,它与强度问题有同等重要的意义。本文以桃花峪大桥一初设方案为工程背景,对自锚式悬索桥和上承式拱桥组合体系的稳定性及考虑几何、材料双重非线性的极限承载力展开研究,并对比分析常规上承式拱桥的稳定性及考虑双重非线性的极限承载力。首先,阐述了桥梁结构稳定及极限承载力相关理论,对几何非线性问题的分类及有限元分析方法、材料非线性的有限元分析方法和屈服准则、收敛准则及非线性问题的求解方法进行了介绍,说明文中对组合体系桥进行稳定性分析的必要性。其次,根据悬索桥挠度理论及拱桥挠度理论相关知识,分析了组合体系恒载作用下的平衡状态和活载作用下的传力机理。在此基础上讨论了组合体系的稳定性及分析方法,所得结论对组合体系桥的设计和计算分析有一定的参考价值。最后,采用大型通用有限元软件ANSYS,对组合体系桥进行线弹性稳定性分析、考虑几何非线性的稳定性分析及考虑几何材料双重非线性的极限承载力分析,并且分析了初始缺陷对组合体系双重非线性极限承载力的影响；对相同跨度的常规上承式拱桥进行线弹性稳定性分析、考虑几何非线性的稳定性分析及考虑几何材料双重非线性的极限承载力分析,对比两种桥型稳定性方面的异同,所得结论对研究组合体系桥的营运管理有一定的参考价值。论文分析了自锚式悬索桥与上承式拱桥组合体系的恒载平衡状态和活载传力机理,在此基础提出分析组合体系桥稳定性的理论方法,并且采用有限元方法分析组合体系桥的稳定性及极限承载力。文中提出的方法和结论,对组合体系桥的设计、计算分析和营运管理具有一定的参考价值。
王鹏宇[8]2012年在《两管平行单管提篮内倾叁肢桁架拱稳定性研究》文中提出研究目的:虎跳门特大桥主桥是广珠铁路工程中的一个重大项目,主拱采用两管平行单管提篮内倾叁肢桁架拱的新型结构。通过对拱肋内倾角、提篮内倾单管空间位置、不同类型横撑、拱肋截面等稳定性能影响因素研究,为该类型拱桥的优化设计提供技术支持,供今后类似工程参考。研究结论:提篮内倾单管内倾角度的增大有利于提高拱桥的稳定性能;单管空间位置对拱桥稳定性影响很小;拱脚处设置"K"撑对提高结构的稳定性非常必要;"米"撑、"K"撑对横向稳定性能的影响差别不大;增大拱肋截面对提高拱肋的横向稳定性影响很小。
滕启杰, 张哲, 李生勇[9]2006年在《大跨度钢管混凝土窄拱桥稳定性可靠度分析》文中研究说明铜瓦门大桥是一座主跨238 m、桥面宽10 m、宽跨比1／23．8的中承式钢管混凝土提篮拱桥．该桥设计采用了只由两根钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的平面桁架拱肋．稳定安全性成为该桥结构设计的控制因素．首先根据钢管混凝土拱桥主要理论,在充分考虑材料性能、结构几何参数和计算模式的不定性基础上,建立了拱肋5个典型截面稳定性失效模式下的功能函数,获得了拱肋局部稳定性的可靠指标,各可靠指标均满足公路桥梁结构构件安全等级为一级的延性破坏目标可靠指标要求．然后采用与结构可靠度几何法相结合的响应面样本选取的新方法,进行了整体稳定性的可靠度研究,计算结果为平面桁架式拱肋的应用提供了理论基础,并进一步证明平面桁架式拱肋为大跨度钢管混凝土窄拱桥提供了一个有效的竞争方案．
李宁[10]2014年在《多跨钢筋混凝土肋拱桥结构行为及加固方法研究》文中认为随着我国经济的高速发展,我国的交通事业和其他基础设施建设事业均取得了巨大成就,作为交通事业中一个重要的组成元素——桥梁,其日渐凸显出了自身的重要性。二十世纪九十年代期间,肋拱桥在我国获得了相当广泛的应用,为交通事业的发展做出了重要贡献。但是随着时间的推移,大多数肋拱桥的运营状况逐渐不能满足设计要求,出现了不同程度的病害,如何解决这些问题就成为了本文努力的方向。1、从钢筋混凝土肋拱桥构造型式等方面讨论其桥跨构造特点以及结构行为特点,包括拱肋构造、横系梁构造与拱上建筑构造,在自重荷载、活荷载和温度荷载作用下的受力特点,以及拱上建筑与主拱肋的联合作用、连拱效应等问题。2、研究讨论拱肋的荷载特别是活荷载的横向分布特点及其计算方法,包括修正偏心受压法、正交异性板法以及空间有限元法。3、结合结构的构造特点,对肋拱桥常见病害类型及其发生机理进行探讨。4、综合分析讨论肋拱桥常见病害的处治加固原则与工艺技术方法。5、选取某五跨钢筋混凝土肋拱桥作为工程实例,运用上述方法展开关于病害检测分析、评估与加固处治的研究讨论。
参考文献：
[1]. 钢管混凝土窄拱桥的横向稳定性研究[D]. 潘盛山. 大连理工大学. 2004
[2]. 钢管混凝土拱桥的极限承载力研究[D]. 滕启杰. 大连理工大学. 2007
[3]. 大跨度钢管混凝土窄拱桥的设计实践探索[J]. 张哲, 石磊, 潘盛山, 滕启杰. 公路交通科技. 2005
[4]. 梁拱组合体系设计理论关键问题研究[D]. 易云焜. 同济大学. 2007
[5]. 特大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥结构选型及关键力学问题研究[D]. 谢海清. 西南交通大学. 2012
[6]. 某下承式钢管混凝土拱桥的稳定性能分析[D]. 李夫凯. 合肥工业大学. 2009
[7]. 自锚式悬索桥与上承式拱桥组合体系桥梁的稳定性分析[D]. 李光凤. 西南交通大学. 2011
[8]. 两管平行单管提篮内倾叁肢桁架拱稳定性研究[J]. 王鹏宇. 铁道工程学报. 2012
[9]. 大跨度钢管混凝土窄拱桥稳定性可靠度分析[J]. 滕启杰, 张哲, 李生勇. 大连理工大学学报. 2006
[10]. 多跨钢筋混凝土肋拱桥结构行为及加固方法研究[D]. 李宁. 西南交通大学. 2014
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