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单跨石拱桥空间受力分析

作　者: 金杰
导　师: 赵冬；陈平
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 石拱桥接触非线性空间协同作用加固保护
分类号: U445.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 210次
引　用: 3次
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内容摘要

石拱桥是一种古老的桥梁形式,在我国已有近二千年的历史。迄今,其中绝大部分已经拆毁。以往,对现存石拱桥的研究着重历史性和艺术性的研究,而对其受力机理的分析研究较少。本文从对文献的归纳总结中,探讨了我国古代石拱桥的起源、发展历程、结构分类与特点,以及传统的基于线弹性理论的实用计算方法。以此为基础,本文考虑了石材与土壤和填料的非线性相互作用(接触),及拱圈、拱墙和拱背填料等各个部分的空间协同作用。假定拱圈、拱墙和拱背填料之间存在着接触应力,接触应力由接触压力和摩擦剪切应力组成,而接触位移由接触张开距离和相对切向两部分度量。结合同类石拱桥现场实验的成果,通过设置不同材料的界面空间接触单元,建立了单跨石拱桥的整体分析模型。以重庆地区清·陆安桥为例,对石拱桥力学性能进行了非线性有限元分析,探讨基于空间协同作用原理的石拱桥的受力机理。分析表明,拱墙和拱背填料对于石拱桥结构的侧向稳定、集中荷载的分散传递等均有重要的作用。以石拱桥的受力性能为基础,探讨了石拱桥的结构病害及其成因,并归纳总结了常用的结构加固方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-12
  1.1 引言  7-8
    1.1.1 中国古代桥梁的起源和发展  7
    1.1.2 中国古代桥梁建设的特点  7-8
  1.2 石拱桥的发展与现状  8-10
  1.3 石拱桥的特点  10
  1.4 古桥保护意义  10
  1.5 本文主要研究工作  10-12
第2章实腹式单跨石拱桥结构类型及分析理论  12-22
  2.1 实腹式单跨石拱桥分类  12-15
    2.1.1 圆弧拱  12
    2.1.2 半圆拱  12-13
    2.1.3 马蹄拱  13
    2.1.4 蛋形拱  13-14
    2.1.5 准悬链线拱  14
    2.1.6 折边拱  14-15
  2.2 石拱桥的分析理论  15-22
    2.2.1 石拱桥的理论研究方法  15-17
    2.2.2 线性分析理论  17-22
第3章实腹式单跨石拱桥空间受力分析  22-38
  3.1 引言  22
  3.2 石拱桥空间受力分析的关键问题  22-26
    3.2.1 不同材料构件界面接触问题  22
    3.2.2 石砌体的均质化  22-23
    3.2.3 石砌体的裂缝问题  23
    3.2.4 石砌体压碎后的应力处理  23-24
    3.2.5 石砌体开裂后的应力软化  24-26
    3.2.6(接触)非线性收敛与计算精度的控制问题  26
  3.3 本构关系及屈服准则  26-31
    3.3.1 石砌体的本构关系  26-27
    3.3.2 石砌体的破坏准则  27-29
    3.3.3 填料本构关系及屈服准则  29-31
  3.4 实腹式单跨石拱桥计算模型  31-33
    3.4.1 几何模型  31
    3.4.2 单元与基本假定  31-33
    3.4.3 石拱桥结构模型  33
  3.5 恒载计算与荷载组合  33
  3.6 实腹式单跨石拱桥非线性有限元分析  33-37
    3.6.1 应力分析  33-35
    3.6.2 变形分析  35-37
  3.7 小结  37-38
第4章石拱桥结构病害、成因及加固保护建议  38-47
  4.1 石拱桥结构病害及成因  38-41
    4.1.1 主拱圈开裂  38
    4.1.2 腹拱圈开裂  38-39
    4.1.3 侧墙病害  39
    4.1.4 桥面系病害  39-40
    4.1.5 桥墩台基础破坏  40-41
  4.2 石拱桥的加固保护建议  41-47
    4.2.1 石拱桥的维修加固  41
    4.2.2 石拱桥的改造加固  41-45
    4.2.3 下部结构的维修加固  45-47
第5章结论与展望  47-48
  5.1 主要结论  47
  5.2 需进一步研究的问题  47-48
致谢  48-49
参考文献  49-51
附录:硕士研究生学习阶段发表论文  51

单跨石拱桥空间受力分析

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