支架现浇悬臂拱脚对拱桥的受力影响研究.doc
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1、 分类号 U448 单位代码 10618密 级 学 号 106260118硕 士 学 位 论 文论文题目: 支架现浇悬臂拱脚对拱桥的受力影响研究 The influence research of Support cast-in-place Bracket skewback to arched bridges stress 研究生姓名: 郭瑞东 导师姓名、职称: 曾德荣 教授申请学位门类: 工 学 专 业 名 称: 桥梁与隧道工程论文答辩日期: 2008年12月11日学位授予单位: 重庆交通大学答辩委员会主席: 周建庭 评阅人: 周建庭 陈德玖 2008年12月 重庆交通大学学位论文原创性声明
2、本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇
3、编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库,并进行信息服务(包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等),同时本人保留在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社CNKI系列数据库中全文发布,并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权益。学位论文作者签名: 指导教师签名:日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 摘 要重庆上塘口乌江大桥是一座主桥全长247.4m,主跨为151.3m的支架现浇悬臂拱脚的钢筋混凝土箱型拱桥,整
4、桥造型简洁美观,如一道飞虹跨越乌江。该桥由于采用支架现浇悬臂拱脚,其受力独特,故支架现浇悬臂拱脚对拱桥的静力和横向稳定性有不可忽视的影响。在全面总结拱(桥)式结构相关理论的基础上,以重庆上塘口乌江大桥为例,采用通用有限元软件MIDAS/CIVIL 2006建立空间实体结构,采用空间三维梁(杆)单元,对其进行了静力和稳定性计算分析。1.利用大型通用有限元软件,对该桥梁进行力学建模研究,给出钢筋混凝土拱桥有限元计算模型;2.研究钢筋混凝土拱桥静态力学性能,探讨支架现浇悬臂拱脚对钢筋混凝土拱桥的内力和变形的影响,并分析其影响原因。3.研究钢筋混凝土拱桥空间稳定性,分析各种施工阶段下结构的整体稳定性,
5、并研究支架现浇悬臂拱脚及其支架撤除对其稳定性、拱的变形的影响,并分析其影响原因。4采集应力和变形数据,与有限元模型的计算结果进行分析比较。5根据实际数据修正计算模型。通过有限元模型分析,就支架现浇悬臂拱脚的支承条件对该桥在施工阶段和成桥阶段的静力和整体稳定性的影响展开探讨和研究。文中给出了支架变化情况下的控制截面的内力和变形及其稳定安全系数,指出了支架变化情况下对支架现浇悬臂拱脚拱桥内力和整体稳定性有显著影响的阶段及其合理的变化范围。并对支架现浇悬臂拱脚拱桥的合理拆除支架的时间进行了讨论,对支架现浇悬臂拱脚体系桥设计具有一定的参考价值。关键词:支架;悬臂墩;有限元;箱型拱;静力分析;稳定性;A
6、BSTRACTChongqing shangTangkou Bridge on the Wujiang River is a main bridge with length 247.4 m, the main span is the 151.3m,which supported by cast-in-place bracket skewback reinforced concrete box arched bridge, the entire bridge modeling is succinct and artistic , such as a rainbow across the Wuji
7、ang River. Because this bridge uses the supported cast-in-place bracket skewback, its stress is unique, the supported cast-in-place bracket skewback has the noticeable influence to arched bridges static and the transverse stability. In a comprehensive summary arch (bridge) structure on the basis of
8、relevant theories, as an example to Chongqing Tangkou Wujiang River Bridge, the use of finite element software MIDAS / CIVIL 2006 to establish space entity structure, we have carried on the static and the stable computation analysis to it though spatial three Collar (pole) the unit.1. using Large-sc
9、ale of finite element software, to research mechanical modeling of the bridge and give reinforced concrete arch bridge finite element model2. To Study the reinforced concrete arch bridge static state mechanical properties and discuss the supported cast-in-place bracket skewback to the reinforced con
10、crete arched bridges internal force and the distortion influence, and analyze its influence reason.3. To research the stability of reinforced concrete arch space,and analysis the construction phase of the overall stability of the structure .To study its stable and distortion when we remove the suppo
11、rted cast-in-place bracket skewback and analyzes its influence reason 4. Though the gathered stress and the distortion data, we carry on the analysis with the finite element models computed result to compare.5. Through the finite element model analysis, and becomes the bridge stage on the support ca
12、st-in-place bracket skewbacks supporting condition to this bridge in the construction stage the static and the overall stable influence launches the discussion and the research . this paper has given endogenic force and the distortion and the stable safety factor in the support change situationcontr
13、ol section, it had pointed out in the support change situation the remarkable influence stage and the reasonable range of variation to the support cast-in-place bracket skewback arched bridge endogenic force and the overall stability. And it has carried on the discussion to the support cast-in-place
14、 bracket skewback arched bridges reasonable demolition supports time, it has certain reference value to the support cast-in-place bracket skewback system bridge design.Key words: stent; cantilever pier; finite element; box arch; static analysis; stability;目 录摘 要Abstract第一章 绪论11.1 拱桥的简介11.1.1 拱桥的发展概况
15、11.1.2 拱桥的结构形式及受力特点21.1.3 钢筋混凝土拱桥在我国的发展现状31.2 课题的来源41.3 本文研究的主要内容5第二章 支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥的有限元模型2.1有限元法理论基础62.1.1弹性理论基本方程62.1.2空间八结点等参单元92.1.3本文使用软件的理论142.1.4钢筋混凝土组合单元142.2依托的支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥简介172.2.1主要技术标准172.2.2地形地貌、地质、水文特点172.2.3施工方案说明182.3依托的支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥的有限元模型212.3.1有限元模型的基本假定212.3.2有限元仿真模型的建立222.3.3空间有限元模型
16、差异分析232.3.4仿真模型的静力特性检验及可靠性验证242.3.5材料等效弹性模量和等效容重242.3.6支座的模拟252.4小结25第三章 支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥的静力计算分析3.1引言263.2施工阶段计算与分析263.3施工阶段支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥的主拱静力计算分析283.3.1单片拱箱吊装合拢有无支架时的主拱静力计算分析 283.3.2双片拱箱吊装合拢有无支架时的主拱静力计算分析 293.3.3四片拱箱吊装合拢有无支架时的主拱静力计算分析 303.3.4全桥拱箱吊装合拢有无支架时的主拱静力计算分析 323.3.5成桥阶段有无支架时的主拱静力计算分析 333.4成桥运营阶段静力
17、计算分析 343.4.1影响线计算分析(利用影响线影响面分析做移动荷载分析的过程) 343.4.2活载状态下有无支架时的静力计算分析 353.5小结 38第四章 拱桥稳定的计算理论4.1 稳定问题 394.1.1 拱桥稳定性的基本概念及分类 394.1.2 拱面内的弹性屈曲 414.1.3 拱面外的弹性屈曲 424.1.4 拱桥的极限稳定承载力 424.2 拱桥的平面屈曲 434.2.1 圆弧拱及抛物线拱的屈曲 434.2.2 拱桥的平面压曲 444.3 拱桥的侧倾失稳 444.3.1 拱桥的侧倾稳定平衡方程 444.3.2 组拼的侧倾 45 4.4 拱桥稳定性分析的有限元法 484.4.1
18、平面梁单元的切线刚度矩阵 494.4.2 拱桥第一类稳定的线弹性有限元分析 524.4.3非线弹性有限元分析534.4.4第二类稳定问题的有限元分析544.4.5.荷载增量的选取554.4.6越过极值点554.5小结56第五章 支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥的稳定性分析 5.1 引言57 5.2 施工阶段支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥的稳定分析575.2.1单片拱箱吊装合拢有无支架时的稳定分析 575.2.2双片拱箱吊装合拢有无支架时的稳定分析 585.2.3四片拱箱吊装合拢有无支架时的稳定分析 595.2.4 全箱拱箱吊装合拢有无支架时的稳定分析 605.3 成桥阶段支架现浇悬臂拱脚箱型拱桥的稳定分析
19、615.3.1 只计恒载作用时(一期+二期)有无支架的稳定分析 615.3.2 桥梁成桥进入运营阶段时,在活载作用状态下有无支架时的稳定性分析 625.3.3 几何非线性对整体稳定性的影响 655.4 小结 66第六章 结论 67致 谢 69参考文献 70在学期间发表的论著及参加的实践科研项目 72第一章 绪论5第一章 绪论1.1拱桥的简介1.1.1拱桥的概况 拱桥是桥梁的基本形式之一,特别是在地质条件良好、地形合适的峡谷、海峡建造。大跨度拱桥不但具有经济意义,而且十分雄伟壮观。拱桥是我国古代劳动人民的创造,也是我国人民所喜爱的桥型。为了节约钢材,我国在解放后建造了大量的圬工拱桥,是公路桥梁的
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