大跨径钢管混凝土拱桥合理拱轴线形研究
大跨径钢管混凝土拱桥合理拱轴线形对结构承载能力起着至关重要的作用，特别是对于跨径超过500m的大跨径钢管混凝土拱桥，拱轴线形与压力线的偏差会极大影响大跨径钢管混凝土拱桥的受力状态。故本文以主跨530m的大跨径钢管混凝土拱桥——波司登长江大桥为工程依托，主要从以下几个方面进行研究: (1)简单介绍合理拱轴线形的研究现状，推导圆弧线、抛物线、悬链线和样条曲线等几种常用的拱轴线形数学模型，从操作复杂性和受力合理性两个方面定性分析既有拱轴线形优化方法的不足之处。 (2)为定量分析各拱轴线形优化方法在钢管混凝土拱桥中的适用性，提出一种可以评价钢管混凝土拱桥结构受力状态的指标——钢管混凝土拱桥拱轴线形优化综合评分法（CFST-AAO综合评分法），从钢管混凝土拱桥强度、刚度、稳定性等受力角度和拱轴线形优化方法的操作复杂性角度，精确评价各拱轴线形优化方法在钢管混凝土拱桥中的适用性。 (3)根据既有拱轴线形优化方法的缺陷和拱轴线形优化实质——保证拱肋主要杆件受力状态最优，提出一种新的拱轴线形优化方法——主管偏心距最小法。以波司登长江大桥为例分别计算抛物线、悬链线等传统拱轴线在弯曲能量最小法、截面偏心距最小法和主管偏心距最小法三种优化方法的最优拱轴线形，并通过CFST-AAO综合评分法分析主管偏心距最小法相较于既有拱轴线形优化方法的优越性。 (4)在进行抛物线、悬链线最优拱轴线形计算中，需不断调整拱轴线形参数。为便于拱轴线形优化计算，以波司登长江大桥为工程背景，将钢管混凝土拱桥全桥拱肋节点与拱轴线形参数相关联，提出一种钢管混凝土拱桥主拱肋单元参数化建模的方法——桁式截面主拱坐标参数化计算方法，编写Matlab计算程序。 (5)考虑抛物线、悬链线等既有拱轴线形单变量确定拱轴线形的缺陷及主管偏心距最小法在各拱轴线形优化方法中的优越性，采用主管偏心距迭代法来确定钢管混凝土拱桥拱轴线形。以钢管混凝土拱桥主管偏心距迭代法计算和钢管混凝土拱桥三次样条插值函数优化两部分为主，即先通过主管偏心距迭代法减小各主管的弯矩值，再根据三次样条插值函数求得一条线形光滑、合理的拱轴线形。 (6)将考虑三次样条插值函数优化的主管偏心距迭代法应用到波司登长江大桥工程实例中，并将优化后的拱轴线形与传统拱轴线形进行内力对比及拱轴线形评判指标对比，验证该拱轴线形优化方法的可行性。
钢管混凝土拱桥;拱轴线;线形优化;评判指标
重庆交通大学
硕士
土木工程；桥梁与隧道工程
张雪松
2018
中文
U448.22;U448.38;U442.5
115
2018-09-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）