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大跨度钢桁拱桥的稳定与极限承载力研究

作　者: 盖卫明
导　师: 任伟新
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 大跨度钢桁拱桥稳定性极限承载力非线性有限元法
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 137次
引　用: 7次
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内容摘要

钢桁拱桥是大跨度桥梁经常采用的一种结构形式,其突出的稳定问题向来是桥梁设计的重要控制因素之一。本文以主跨436m的新蕉门大桥为工程背景,以通用有限元程序为手段,通过对其进行稳定性与极限承载力分析,得出了一些相关结论。主要工作如下:1.通过对新蕉门大桥的弹性稳定分析,了解了它的的主要失稳模态为拱肋的局部屈曲,并比较了活载与风荷载对桥梁弹性稳定性的影响。2.通过对新蕉门大桥的极限承载力分析,研究了它的失效路径与失效机理,揭示了此类桥梁失效的实质,对此类桥梁的薄弱环节有了清楚的认识。3.通过分析几何非线性与材料非线性对新蕉门大桥极限承载力的影响,指出在钢桁拱桥极限承载力分析中,几何非线性影响不大,材料非线性起决定作用。4.通过计算新蕉门大桥在不同的布载方式、初始缺陷下的极限承载力,研究了布载方式与初始缺陷对此类钢桁拱桥极限承载力的影响。5.通过计算新蕉门大桥在横向风荷载与活载耦合下的极限承载力,研究了横向风荷载对桥梁极限承载能力的影响。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-7
第一章绪论  7-16
  1.1 选题背景  7-8
  1.2 大跨度钢桁架拱桥简介  8-13
    1.2.1 国内外大跨度钢拱桥的发展历史  8-11
    1.2.2 大跨度钢桁架拱桥的结构形式和受力特点  11-12
    1.2.3 大跨度钢桁架拱桥的优缺点  12-13
  1.3 拱桥稳定理论研究的历史与现状  13-15
    1.3.1 分枝点失稳  13-14
    1.3.2 极值点失稳  14-15
  1.4 本文的研究内容  15-16
第二章拱桥稳定的理论分析  16-30
  2.1 结构稳定问题概述  16-20
    2.1.1 稳定问题与强度问题的区别  16
    2.1.2 结构在静力作用下的两类失稳问题  16-18
    2.1.3 平衡稳定性的判定准则  18-19
    2.1.4 稳定问题的计算方法  19-20
  2.2 第一类稳定问题的有限元分析  20-24
    2.2.1 线性有限元分析法  20-23
    2.2.2 非线性有限元分析法  23-24
  2.3 第二类稳定问题的有限元分析  24
  2.4 拱桥的稳定问题  24-30
    2.4.1 概述  24-25
    2.4.2 拱桥的面内屈曲  25-28
    2.4.3 拱桥的侧倾失稳  28-30
第三章拱桥极限承载力的有限元分析理论  30-49
  3.1 引言  30
  3.2 几何非线性的有限元分析方法  30-36
    3.2.1 T. L.列式法与U. L.列式法  31-32
    3.2.2 几何非线性有限元平衡方程的建立  32-34
    3.2.3 梁单元的切线刚度矩阵  34-36
  3.3 材料非线性的有限元分析方法  36-39
    3.3.1 材料的弹塑性行为  36-37
    3.3.2 弹塑性本构矩阵的增量表达式  37-39
  3.4 非线性有限元问题的求解方法  39-43
    3.4.1 增量法  39-40
    3.4.2 迭代法  40-41
    3.4.3 混合法  41-42
    3.4.4 收敛准则  42-43
  3.5 拱桥极限承载力的求解策略  43-45
    3.5.1 荷载增量的选取  43-44
    3.5.2 极限荷载的判定  44-45
  3.6 数值算例  45-49
    3.6.1 算例一  46-47
    3.6.2 算例二  47-48
    3.6.3 算例三  48-49
第四章新蕉门大桥的弹性稳定性分析  49-65
  4.1 工程概况  49-52
    4.1.1 主桁架  50-51
    4.1.2 联接系和桥面系  51-52
    4.1.3 材料属性  52
  4.2 全桥有限元模型建立  52-57
    4.2.1 模型简化处理  52-56
    4.2.2 全桥模型  56-57
  4.3 新蕉门大桥成桥状态下的稳定性分析  57-65
    4.3.1 荷载计算与加载工况介绍  57-58
    4.3.2 边界条件  58-59
    4.3.3 弹性稳定分析  59-62
    4.3.4 拱肋横联布置对稳定性的影响  62-65
第五章新蕉门大桥的极限承载力分析  65-79
  5.1 非线性因素在ANSYS中的处理  65-66
  5.2 新蕉门大桥的极限承载力分析与失效机理研究  66-69
    5.2.1 极限承载力分析  66-67
    5.2.2 失效机理研究  67-69
  5.3 新蕉门大桥极限承载力的影响因素分析  69-75
    5.3.1 非线性因素对钢桁拱桥极限承载力的影响  69-71
    5.3.2 活载布载方式对极限承载力的影响  71-74
    5.3.3 初始缺陷对极限承载力的影响  74-75
  5.4 横向风荷载与桥面活载耦合下的极限承载力分析  75-79
第六章结论与展望  79-81
  6.1 结论  79-80
  6.2 展望  80-81
参考文献  81-85
致谢  85-86
攻读学位期间主要的研究成果  86

大跨度钢桁拱桥的稳定与极限承载力研究

内容摘要

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