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斜靠式拱肋系的极限承载能力研究

作　者: 曾鑫城
导　师: 刘爱荣
学　校: 广州大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 斜靠式拱肋系极限承载能力模型试验有限元法弧长法
分类号: U448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

斜靠式拱桥外形美观，形式新颖，是近年来发展起来的一种新型拱桥，主要由斜靠式拱肋系与桥面系组成，其中斜靠式拱肋系是主要承重结构，是由通过横撑相连起来的两片竖直主拱和主拱两侧的斜拱组成的空间稳定体系。斜靠式拱肋系的极限承载能力对于桥梁施工以及运营过程的安全性均起着至关重要的作用。本文基于模型试验以及有限元数值分析完成了以下研究：（1）本文通过大型有限元程序ANSYS，以稳定拱倾角为10o斜靠式拱肋系为例，建立了斜靠式拱肋系的有限元计算模型，结合弧长法分析了分别考虑几何非线性、材料非线性及双重非线性对斜靠式拱肋系极限承载力的影响，并跟踪分析了拱肋系的侧倾失稳全过程，为后续的模型拱试验奠定了理论基础。（2）率先设计、制作和安装了单拱肋、平行拱肋系、倾角分别为10o、20o和30o的系列斜靠式拱肋系的试验模型，并在关键位置布置了应变和变形测点，通过千斤顶同步加载，完成了相应测试工作，获得了试验模型荷载与水平和竖向位移曲线以及主拱肋、稳定拱肋和横撑的应变值，首次取得了斜靠式拱桥在弹性、塑性以及破坏阶段的一手原始数据，并与有限元数值解进行了比较，相互验证了实验方法的合理性以及有限元数值解的正确性。（3）首次基于模型试验，跟踪了斜靠式拱肋系在外荷载作用下竖向和侧向平衡路径，阐明了斜靠式拱桥结构塑性变形以至破坏的全部历程、以及失稳模态和破坏机理，揭示了稳定拱肋对斜靠式拱肋系极限承载能力的影响规律，获得了斜靠式拱桥侧倾失稳临界荷载的置信区域，验证了课题组所提出的斜靠式拱肋系侧倾失稳模态以及横撑切向和径向失稳力学模型的精确性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-13
第一章绪论  13-18
  1.1 概述  13-16
    1.1.1 斜靠式拱桥发展概况  13-14
    1.1.2 极限承载力与稳定  14-15
    1.1.3 斜靠式拱桥稳定性的研究现状与研究意义  15-16
  1.2 本文研究内容  16-17
  1.3 本文创新点  17-18
第二章桥梁结构非线性理论  18-25
  2.1 概述  18
  2.2 几何非线性分析理论  18-20
  2.3 材料非线性分析理论  20-21
    2.3.1 屈服准则  20
    2.3.2 流动法则  20
    2.3.3 硬化法则  20-21
    2.3.4 弹塑性本构矩阵的增量表达式  21
  2.4 拱桥稳定理论  21-24
    2.4.1 结构稳定问题概述  21-22
    2.4.2 第一类稳定问题的有限元分析  22
    2.4.3 第二类稳定问题的有限元分析  22-23
    2.4.4 弧长法  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章基于弧长法的极限承载能力分析  25-36
  3.1 斜靠式拱肋系有限元分析模型  25-30
  3.2 弹性屈曲分析  30-32
  3.3 非线性屈曲分析方法的比较  32-33
  3.4 双重非线性屈曲分析  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章斜靠式拱肋系试验模型设计  36-48
  4.1 试验目的  36
  4.2 试验模型设计  36-40
    4.2.1 模型设计  37-39
    4.2.2 模型的制作  39-40
    4.2.3 试件材料的力学性能  40
  4.3 试验测点布置及测量内容  40-45
    4.3.1 量测仪器的选择  40-41
    4.3.2 测点布置  41-45
    4.3.3 量测内容  45
  4.4 加载方案  45-47
  4.5 本章小结  47-48
第五章极限承载力试验结果与分析  48-101
  5.1 测试说明  48-49
  5.2 主拱变形测试  49-65
    5.2.1 主拱竖向变形曲线分析  49-51
    5.2.2 主拱竖向变形曲线比较  51-52
    5.2.3 主拱荷载-竖向位移曲线分析  52-58
    5.2.4 主拱跨中荷载-竖向位移曲线比较  58
    5.2.5 主拱横向变形曲线分析  58-61
    5.2.6 主拱横向变形曲线比较  61-62
    5.2.7 主拱荷载-横向位移曲线分析  62-65
    5.2.8 主拱跨中荷载-横向位移曲线比较  65
  5.3 稳定拱变形测试  65-70
    5.3.1 稳定拱竖向变形曲线分析  65-67
    5.3.2 稳定拱竖向变形曲线比较  67
    5.3.3 稳定拱横向变形曲线分析  67-69
    5.3.4 稳定拱横向变形曲线比较  69-70
  5.4 主拱与稳定拱的位移比较  70-74
    5.4.1 主拱与稳定拱跨中的竖向位移比较  70-73
    5.4.2 主拱与稳定拱的跨中横向位移比较  73-74
  5.5 应变分析  74-92
    5.5.1 主拱各截面上下缘应变变化过程曲线分析  74-79
    5.5.2 稳定拱各截面上下缘应变变化过程曲线分析  79-83
    5.5.3 横撑截面切向应变变化过程曲线分析  83-86
    5.5.4 试验结果与横撑切向力学模型的比较  86-88
    5.5.5 横撑截面径向应变变化过程曲线分析  88-91
    5.5.6 试验结果与横撑径向力学模型的比较  91-92
  5.6 极限承载力试验值比较  92-93
  5.7 理论计算值与试验结果的分析比较  93-96
  5.8 试验结果与解析解计算模型的比较  96-98
  5.9 本章小结  98-101
第六章结论与展望  101-104
  6.1 结论  101-103
  6.2 展望  103-104
参考文献  104-106
攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研科技服务项目  106-107
致谢  107

斜靠式拱肋系的极限承载能力研究

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