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钢管混凝土拱桥施工技术的有限元仿真分析

作　者: 刘锋
导　师: 周金枝
学　校: 湖北工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 钢管混凝土系杆拱桥 MIDAS软件约束方程法施工阶段联合截面法施工监控
分类号: U448.22
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 143次
引　用: 5次
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内容摘要

拱桥以其优美的造型在世界各地得到了广泛的应用。随着经济的发展和科学技术的进步,钢管混凝土拱桥以其自重轻、强度大且受力合理、施工方便和抗变形能力强的优点在我国得到了广泛地应用。本文以浙江省上虞市丰惠大桥为例,概述了钢管混凝土拱桥的施工工艺、钢管混凝土拱桥基本理论、系杆和拱肋的应力测试与控制、结构变形位移的测试与控制等。同时,通过对其建立ANSYS和MIDAS有限元模型,比较系统地研究了系杆拱桥的结构静力特征和相关技术问题。在对各类型拱桥特点、施工方法和钢管混凝土拱桥的基本理论进行分析的基础上,采用MIDAS软件和ANSYS软件对此钢管混凝土系杆拱桥施工阶段全过程进行理论分析。在MIDAS分析过程中利用“施工阶段联合截面法”解决了哑铃型拱肋的建模问题。在进行ANSYS分析过程中利用实体单元来建立整座桥梁的分析模型,利用“约束方程法”解决了系杆拱桥中系杆预应力施加问题,并使用“单元生死”技术实现了整个桥梁施工过程的仿真分析。为了保证最终的成桥线形和受力状态能满足设计要求,对丰惠大桥建立了实时监控体系。通过对此钢管混凝土系杆拱桥的整个施工过程的模拟分析,将计算结果与现场监测数据进行分析比较,其理论值与实测结果吻合较好。这表明本文所采用的有限元分析方法能够较好的反映了施工实际。“丰惠大桥的智能监控系统”对丰惠大桥施工监控能起到较好的指导作用。本文静力结构分析的正确性为后续的拱桥动力特性分析创造了良好条件,同时,也为桥梁建成后进行实时监测和状态评估提供了基础性数据。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
第1章引言  7-14
  1.1 本课题来源  7
  1.2 拱桥的发展历史及钢管混凝土拱桥的特点  7-8
  1.3 拱桥的主要结构型式  8-10
    1.3.1 按主拱圈（肋）材料分类  8
    1.3.2 按结构体系分类  8-10
  1.4 拱桥主拱的施工方法  10-11
    1.4.1 支架法  10
    1.4.2 缆索吊装法  10
    1.4.3 转体施工法  10-11
    1.4.4 悬臂施工法  11
  1.5 拱梁组合式拱桥的施工方法  11-12
  1.6 目前国内外CFST 拱桥的研究现状、水平和存在的问题  12-13
  1.7 本文主要工作  13
  1.8 本章小结  13-14
第2章钢管混凝土拱桥基本计算理论  14-26
  2.1 混凝土的徐变理论  14-19
    2.1.1 混凝土徐变的构成  14-16
    2.1.2 混凝土徐变理论  16
    2.1.3 混凝土徐变系数的数学模型  16-18
    2.1.4 混凝土徐变应力应变关系  18-19
  2.2 预拱度设置  19-20
  2.3 拱肋刚度取值  20-21
  2.4 哑铃型钢管混凝土截面计算方法  21-25
    2.4.1 等效单圆管法  21-23
    2.4.2 统一模量法  23
    2.4.3 换算截面法  23-25
    2.4.4 双单元法  25
  2.5 本章小结  25-26
第3章丰惠大桥有限元模型的建立及其仿真的实现  26-47
  3.1 丰惠大桥工程概况  26-28
    3.1.1 工程概况  26-27
    3.1.2 丰惠大桥工程采用的材料  27
    3.1.3 丰惠大桥工程采用的设计规范  27-28
  3.2 丰惠大桥有限元模型的建立  28-46
    3.2.1 有限元软件简介  28-30
      3.2.1.1 MIDAS 有限元软件简介  28
      3.2.1.2 ANSYS 有限元软件简介  28-30
    3.2.2 本模型ANSYS 建模中使用单元简介  30-32
    3.2.3 边界条件的模拟  32
    3.2.4 哑铃型拱肋有限元模型的建立  32-35
      3.2.4.1 ANSYS 中哑铃型拱肋的模拟仿真分析方法  33
      3.2.4.2 MIDAS 中哑铃型拱肋的模拟仿真分析方法  33-35
    3.2.5 预应力钢绞线有限元模型的建立  35-41
      3.2.5.1 ANSYS 中的约束方程  35-36
      3.2.5.2 ANSYS 中预应力钢绞线有限元模型的建立  36-41
    3.2.6 丰惠大桥施工过程的模拟分析方法  41-46
      3.2.6.1 桥梁施工控制中的结构计算方法  41-42
      3.2.6.2 “单元生死”技术在丰惠大桥结构计算中的实现  42-46
      3.2.6.3 丰惠大桥施工阶段的划分  46
  3.3 本章小结  46-47
第4章丰惠大桥的施工控制与理论分析成果  47-70
  4.1 桥梁施工监控概述  47-49
    4.1.1 桥梁施工监控的目的和意义  47
    4.1.2 桥梁施工监控的发展历史  47-48
    4.1.3 丰惠大桥的主要监控内容  48-49
  4.2 丰惠大桥施工控制的测量体系  49-69
    4.2.1 应力测量体系  49-53
    4.2.2 丰惠大桥应力测试点布置  53
    4.2.3 各阶段应力实测值与理论计算结果分析  53-65
    4.2.4 拱肋和系杆线形测量体系  65-69
  4.3 本章小结  69-70
第5章结论与展望  70-74
  5.1 本文结论  70-71
  5.2 展望  71-74
    5.2.1 理论分析方面  71-72
    5.2.2 智能监控方面  72-74
参考文献  74-77
致谢  77-78
附录  78

钢管混凝土拱桥施工技术的有限元仿真分析

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