鋼管混凝土窄拱橋的橫向穩(wěn)定性研究.pdf

1、在公路和城市橋梁中,鋼管混凝土拱橋以跨越能力大、承載能力高、工程造價(jià)低、養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用少、造型美觀和施工方便等特點(diǎn),在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用.對(duì)于大跨徑的鋼管混凝土拱橋,特別是窄橋,其橫向穩(wěn)定性問題特別突出,通常成為設(shè)計(jì)的控制因素.本文在總結(jié)前人對(duì)圓弧拱橫向穩(wěn)定實(shí)用計(jì)算的研究成果基礎(chǔ)上,對(duì)上承式、中承式、下承式X型雙肋無鉸拱橋的橫向穩(wěn)定性進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究,主要研究內(nèi)容如下:1、利用能量原理,以橋面高度處的拱肋中心距作為橋梁的寬度,考慮中

2、承式拱橋中橋面位置的影響,首次建立了包含上承式、中承式和下承式的X型雙肋拱在保向力和非保向力作用下橫向穩(wěn)定臨界荷載的統(tǒng)一計(jì)算公式.分析了拱肋的抗扭剛度和豎向抗彎剛度、橫系梁的抗彎剛度與數(shù)量、矢跨比、寬跨比、拱肋內(nèi)傾角度、橋面位置、橋面橫向抗彎剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)拱橫向穩(wěn)定性的影響,并給出相應(yīng)的圖表.提出了改進(jìn)X型雙肋拱橋穩(wěn)定性的方法.2、運(yùn)用空間有限元數(shù)值分析,彌補(bǔ)了解析法中位移函數(shù)假設(shè)上缺陷所造成的結(jié)果偏差.分別對(duì)上承式、中承式和下承式X

3、型雙肋拱橋的合理拱肋內(nèi)傾角度與各結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)的分析.通過回歸方法得出下承式、中承式X型雙肋拱橋合理內(nèi)傾角度的近似表達(dá)式,可供工程設(shè)計(jì)參考.研究結(jié)果表明:不是所有的X型雙肋拱橋都具有比平行拱橋更好的橫向穩(wěn)定性.拱肋內(nèi)傾時(shí)能否提高拱的橫向穩(wěn)定性與拱系的寬跨比、橫系梁在拱肋切向平面內(nèi)的抗彎剛度、橫系梁的數(shù)量及橋面在拱系立面上的位置等參數(shù)有關(guān).在合理內(nèi)傾角度下,拱肋內(nèi)傾可以有效地提高拱的橫向穩(wěn)定性.3、對(duì)常見的平式橫撐進(jìn)行簡化分析

4、,將之等效為一字撐,并得出其換算抗彎剛度.運(yùn)用響應(yīng)面法得出K撐換算抗彎剛度的近似表達(dá)式.通過有限元數(shù)值分析,對(duì)雙肋拱橋橫撐的合理布置位置及其型式進(jìn)行優(yōu)化分析.研究結(jié)果表明:當(dāng)設(shè)置多根橫撐時(shí)(即橫撐根數(shù)N≥3),在拱的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)下拱頂橫撐在拱徑向平面內(nèi)的抗彎剛度對(duì)拱的橫向穩(wěn)定性影響不大.當(dāng)拱的橫向失穩(wěn)屈曲模態(tài)為半波正對(duì)稱時(shí),在拱的0.21L~0.38L附近處對(duì)稱設(shè)置平式橫撐比較有效;當(dāng)拱的橫向失穩(wěn)屈曲模態(tài)為半波反對(duì)稱彎扭耦合時(shí),在拱腳附