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龙潭河大桥静力稳定性分析

作　者: 孙利娟
导　师: 赵雷
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢管混凝土拱桥 双重非线性 初始缺陷 拱轴线 稳定安全系数
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


有限元理论的发展,有限元软件的开发,使钢管混凝土拱桥在向大跨度方向发展过程中,稳定问题的非线性分析得以实现。论文首先从理论上探讨了钢管混凝土拱桥的稳定分析问题,应用稳定分析的两种方法:特征值稳定分析与非线性稳定分析。之后以三峡库区己建成的主跨为208m的中承式钢管混凝土拱桥—龙潭河大桥为工程背景,应用两种稳定分析方法,借助大型通用有限元软件ANSYS,建立该桥的三维有限元模型,通过分析典型截面的弯矩影响线布置活载,建立几种不同荷载工况,考虑材料与几何双重非线性,对该桥成桥状态的静力稳定性进行讨论。同时也考虑了初始缺陷对稳定性的影响。分析比较各方法以及各工况的稳定安全系数,得出分析钢管混凝土拱桥成桥运营状态的稳定性,必须计入几何与材料双重非线性因素,一定的初始缺陷在稳定性要求范围内也是允许的。还对不同拱轴线形状的拱进行了特征值与非线性稳定分析,比较各稳定安全系数,求得最合理拱轴线型,得到实桥采用了合理拱轴线的结论。最后,通过修改有限元模型的参数,应用特征值稳定分析的方法,就风撑、吊杆的非保向力效应、拱肋自身刚度以及宽跨比等方面因素对该桥整体稳定性的影响展开讨论与研究。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章 绪论  12-20
  1.1 钢管混凝土拱桥发展及现状  12-15
    1.1.1 拱桥的发展  12
    1.1.2 钢管混凝土结构  12
    1.1.3 钢管混凝土结构在拱桥上的应用  12-14
    1.1.4 钢管混凝土拱桥应用历史与现状  14-15
    1.1.5 钢管混凝土拱桥理论的研究现状  15
  1.2 钢管混凝土拱桥稳定研究现状  15-17
  1.3 非线性问题的提出  17-18
  1.4 非线性有限元发展概况  18-19
  1.5 本论文研究内容、目标与方法  19-20
第2章 钢管混凝土拱桥非线性分析  20-37
  2.1 几何非线性  21-30
    2.1.1 几何非线性分析的有限元方法  21-25
    2.1.2 梁单元切线刚度矩阵  25-30
  2.2 材料非线性  30-33
    2.2.1 弹塑性本构矩阵的增量表达式  30-32
    2.2.2 梁单元的弹塑性有限元分析  32-33
  2.3 非线性方程求解  33-36
    2.3.1 增量法  33-34
    2.3.2 Newton-Raphson迭代法  34-35
    2.3.3 混合法  35-36
  2.4 本章小结  36-37
第3章 钢管混凝土拱桥稳定分析  37-46
  3.1 特征值稳定分析  37-39
  3.2 非线性稳定分析  39-40
    3.2.1 几何非线性稳定分析的基本理论  39
    3.2.2 材料非线性稳定分析的基本理论  39-40
    3.2.3 双重非线性稳定分析的基本理论  40
  3.3 钢管混凝土拱肋材料模拟方法  40-43
    3.3.1 双材料模型  41-42
    3.3.2 单材料模型  42-43
  3.4 稳定安全系数  43-45
    3.4.1 第一类稳定安全系数  43-44
    3.4.2 第二类稳定安全系数  44-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章 龙潭河大桥稳定性分析  46-71
  4.1 龙潭河大桥简介  46-47
  4.2 有限元建模  47-54
    4.2.1 钢管混凝土拱肋刚度的模拟  47-48
    4.2.2 钢管混凝土拱肋材料本构关系处理  48-49
    4.2.3 单元、材料说明  49
    4.2.4 荷载工况  49-54
  4.3 各荷载工况稳定性分析  54-66
    4.3.1 特征值稳定分析  54-55
    4.3.2 几何非线性与双重非线性稳定分析  55-56
    4.3.3 考虑初始缺陷的非线性稳定分析  56-57
    4.3.4 讨论分析各类稳定安全系数  57-60
    4.3.5 结合荷载-位移曲线分析稳定性  60-66
  4.4 不同拱轴线形状的桥梁稳定性分析  66-70
    4.4.1 特征值稳定分析  67-68
    4.4.2 非线性稳定分析  68-69
    4.4.3 确定合理拱轴线  69-70
  4.5 本章小结  70-71
第5章 龙潭河大桥稳定性影响因素的分析  71-84
  5.1 风撑对稳定性的影响  71-76
    5.1.1 风撑布置形式对稳定性的影响  71-73
    5.1.2 风撑布置位置对稳定性的影响  73-75
    5.1.3 风撑刚度对稳定性的影响  75-76
  5.2 吊杆非保向力效应对稳定性的影响  76-77
  5.3 拱肋刚度对稳定性的影响  77-79
  5.4 拱脚边界条件对稳定性的影响  79-80
  5.5 桥面刚度对稳定性的影响  80
  5.6 宽跨比对稳定性的影响  80-83
  5.7 本章小结  83-84
总结  84-86
致谢  86-87
参考文献  87-91
攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研工作  91

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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
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