铁路钢管混凝土系杆拱结构稳定性参数研究
近年来，钢管混凝土拱桥具有自重小、抗变形能力强、承载能力高、施工方便、地基适应性强等优势，在现代桥梁设计中有很强竞争力，是大跨径拱桥比较理想的结构形式。据统计，目前我国已经竣工并投入使用的钢管混凝土拱桥已经超过了两百座，其中大跨径和超大跨径的就有40多座。 随着交通事业的蓬勃发展，对桥梁跨越能力的要求越来越高，但是宽跨比的减小，高强材料的过度使用，导致结构刚度大幅度减小，稳定问题日益突显出来。 本文应用有限元程序MIDAS建立模型，通过分析相关稳定系数，试图寻求变化规律，进而全面研究钢管混凝土拱桥的稳定性。 首先，介绍钢管混凝土拱桥的发展概况和特点，结合国内外有关钢管混凝土拱桥研究资料，较为系统地介绍了钢管混凝土拱桥的稳定性分析方法。 其次，本文结合目前国内外资料，系统介绍了拱桥的稳定理论以及失稳的定义，并指出第一类失稳在实际工程中是不存在的，应按第二类失稳对实际结构进行非线性分析。 然后，介绍了稳定问题的求解方法，包括静力平衡法、能量法、缺陷法和动力法，并对两类稳定问题进行了有限元分析，得到了有限元分析的数学表达式，介绍了几何非线性和材料非线性的定义、特点及其对拱桥的稳定性影响，指出有限元方法应综合考虑结构的几何非线性和材料非线性问题。 最后，以现有拱桥稳定计算理论为指导，以98m太子河系杆拱桥为工程实例，利用有限元分析程序MIDAS建立了该桥的空间有限元模型，考虑了几何非线性和材料非线性的双重影响，给出了该桥在特定的荷载工况下的稳定系数及失稳模态，结果表明:结构的失稳主要表现在拱肋的面外失稳，弹性屈曲系数均大于规范要求(4～5)，弹性稳定满足要求。并以大量的计算结果为依据，揭示了拱梁刚度比、横撑布置形式、吊杆等因素对该桥空间稳定性的影响，通过分析计算结果对此类桥梁的设计、施工、监控以及维修保养具有一定的参考价值，同时也为同类桥型的优化设计提供参考依据。
铁路建设;钢管混凝土拱桥;结构稳定性;有限元模型
兰州交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
季日臣
2013
中文
U448.225;U441
63
2013-12-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）