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具有初始缺陷的高墩大跨连续刚构桥的稳定极限荷载分析

作　者: 唐翠苹
导　师: 韦成龙；刘小燕
学　校: 长沙理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 高墩大跨刚构桥 初始缺陷 缺陷累积 稳定性 非线性 有限元分析
分类号: U441.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着科技的进步,交通运输事业的快速发展,我国公路交通建设正以惊人的速度不断地向中西部山区进行拓展。由于地形条件的限制,在山区进行公路建设往往需要跨越深沟、峡谷,以至于大跨高墩桥梁的修建逐渐增多。由于桥墩较高,大桥的稳定问题就变得尤其重要。本文以沪蓉西高速公路宜恩段上的野三河特大桥为工程背景,针对高墩大跨径连续刚构桥在施工过程中由于初始缺陷以及缺陷累积对结构稳定问题的影响进行分析研究,主要研究内容如下:1.本文运用非线性有限元方法,按照结构一阶失稳模态形式及规范限值考虑初始几何缺陷,分析单肢薄壁高墩在具有单向与双向初始偏位时的稳定承载能力,得出高墩在具有初始几何缺陷特别是存在双向初始几何缺陷时将大大降低结构的稳定承载能力;计算了高墩具有局部材料缺陷时的结构稳定承载能力,得出最不利的材料缺陷位置,以及稳定承载能力与局部材料强度的关系。2.本文利用Ritz法推导了双肢薄壁高墩最大悬臂状态下的临界荷载公式,计算结构最大悬臂状态下的稳定性,并利用有限元软件ANSYS建立空间实体单元与梁单元组合模型,对薄壁高墩最大悬臂状态在各种工况下的稳定性进行了分析,如风荷载、墩顶初始偏位、挂篮跌落以及各种不利荷载组合等,得出结构在具有初始缺陷情况下的荷载安全系数,以及考虑双重非线性时结构第二类稳定的承载能力与第一类稳定的承载能力的差异。3.具有初始缺陷的结构,在施工全过程中缺陷不断演进,将此作为成桥状态进行分析。以健康监测过程中大桥的实测温度为依据,分别讨论了局部温度荷载效应以及整体温度荷载效应对具有初始缺陷的结构稳定性的影响;同时计算分析了汽车荷载效应以及风荷载对具有初始缺陷的结构稳定性的影响。本文的研究内容,将为野三河特大桥的稳定性提供重要的理论保证,并且为同类有初始缺陷的桥梁稳定性研究提供参考。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-17
  1.1 概述  10-13
  1.2 国内外高墩大跨径连续刚构桥稳定性研究概况  13-16
    1.2.1 高墩自体稳定性研究  13-14
    1.2.2 高墩最大悬臂状态稳定性研究  14-15
    1.2.3 高墩大跨连续刚构桥稳定性的研究  15-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-17
第二章 高墩大跨径连续刚构桥稳定性研究方法  17-28
  2.1 稳定问题的分析方法  17-25
    2.1.1 Rayleigh-Ritz 法  17-18
    2.1.2 非线性有限元法  18-25
  2.2 初始几何缺陷的模拟方法  25-26
    2.2.1 随机缺陷模态法  25
    2.2.2 一致缺陷模态法  25-26
  2.3 稳定的评价指标  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 具有初始缺陷的变截面单肢薄壁高墩施工阶段稳定性分析  28-40
  3.1 工程背景  28
  3.2 变截面单肢薄壁高墩施工阶段的稳定性分析  28-32
    3.2.1 有限元模型的建立  28-30
    3.2.2 有限元计算结果分析  30-32
  3.3 初始缺陷对变截面单肢薄壁高墩稳定性的影响分析  32-39
    3.3.1 具有单向初始几何缺陷时的稳定性分析  32-34
    3.3.2 具有双向初始几何缺陷时的稳定性分析  34-38
    3.3.3 局部材料缺陷对高墩稳定性的影响分析  38-39
  3.4 结论  39-40
第四章 具有初始缺陷的刚构桥墩最大悬臂状态下的稳定性分析  40-54
  4.1 能量法计算高墩最大悬臂状态的临界荷载  40-42
  4.2 有限元法分析高墩最大悬臂状态的稳定性  42-52
    4.2.1 有限元模型的建立  42-43
    4.2.2 高墩最大悬臂状态第一类稳定分析  43-45
    4.2.3 高墩最大悬臂状态第二类稳定分析  45-52
  4.3 各种工况下结构的稳定性分析  52-53
  4.4 本章小结  53-54
第五章 具有初始缺陷的高墩大跨连续刚构桥整体稳定性研究  54-67
  5.1 野三河大桥工程概况  54-55
  5.2 野三河特大桥整体稳定性分析  55-65
    5.2.1 有限元模型的建立  56-57
    5.2.2 具有初始缺陷的连续刚构桥自重作用下的稳定性分析  57-59
    5.2.3 汽车荷载作用下具有初始缺陷的连续刚构桥稳定性分析  59-60
    5.2.4 温度对桥梁整体稳定性的影响分析  60-64
    5.2.5 风荷载对具初始缺陷的连续刚构桥稳定性的影响  64-65
  5.3 本章小结  65-67
结论与展望  67-69
  结论  67-68
  展望  68-69
参考文献  69-73
致谢  73-74
附录 A  74

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 结构原理、结构力学 > 桥梁荷载
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