中（下）承式系桿拱橋有限元分析與施工監(jiān)控.pdf

1、本文主要研究中(下)承式系桿拱橋結(jié)構(gòu)體系和施工監(jiān)控方法,以正在施工的復(fù)式提籃拱橋科研項(xiàng)目為背景,并為重慶大學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào):717411067)。該橋型特點(diǎn)是內(nèi)拱外傾、外拱內(nèi)傾,兩兩組成組合拱肋,并與內(nèi)、外吊桿和橋面系組合成空間結(jié)構(gòu)體系。其受力復(fù)雜,空間效應(yīng)明顯,設(shè)計(jì)思路不同于通常的系桿拱橋,對(duì)于這類橋梁究竟如何分析計(jì)算,其結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)如何,受力是否合理,施工如何保證工程質(zhì)量,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖等,是橋梁設(shè)計(jì)者所關(guān)心的,筆

2、者根據(jù)其自身特點(diǎn)總結(jié)出一套切實(shí)可行的設(shè)計(jì)和施工方法,主要內(nèi)容如下:1.建立中(下)承式系桿拱橋力學(xué)模型與吊桿索力優(yōu)化計(jì)算方法。在傳統(tǒng)的拱橋計(jì)算方法中,為了將實(shí)際的拱橋結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型,多年來(lái)沿用了多體系假設(shè)、多平面假設(shè)、上下部結(jié)構(gòu)假設(shè)、鉸接與剛性連接假設(shè)等分析方法。這種假設(shè)對(duì)于一般的拱橋分析是足夠精確的,但對(duì)于復(fù)雜的結(jié)構(gòu),尤其對(duì)中(下)承式系桿拱橋顯得無(wú)能為力。論文根據(jù)拱橋自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)特征,對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能研究,采用以拱肋、吊

3、桿和橋面體系為一體的整體精細(xì)有限元桿梁力學(xué)模型。推導(dǎo)出以索力為設(shè)計(jì)變量、橋面系彎矩應(yīng)變能最小為優(yōu)化目標(biāo)的吊桿索力優(yōu)化計(jì)算公式,并與其它幾種常用優(yōu)化方法進(jìn)行比較分析。計(jì)算出吊索的調(diào)索量,得到吊索系的幾何剛度陣[ K cg],在引入吊索系幾何剛度陣的情況下進(jìn)行拱橋的靜動(dòng)力分析,形成一個(gè)完整的、具有創(chuàng)新性的中(下)承式系桿拱橋的力學(xué)分析的理論與方法。(附表內(nèi)發(fā)表論文對(duì)應(yīng)編號(hào):[3],[4])2.推導(dǎo)出考慮吊桿系初始幾何剛度陣的拱橋動(dòng)力特性和穩(wěn)

4、定特征值有限元分析方法。中(下)承式拱橋的斷橋與垮塌事故大多與吊桿的健康狀態(tài)有關(guān),傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要利用橋面簡(jiǎn)支梁模型計(jì)算吊桿內(nèi)力[ K]=[K0]([ K0]為拱橋整體剛度陣),忽略橋面連續(xù)及彈性支撐對(duì)吊桿內(nèi)力的影響,即按線性迭加理論進(jìn)行分析,計(jì)算結(jié)果較為粗糙。為了解該橋型的動(dòng)力和穩(wěn)定性能(其橫向剛度和穩(wěn)定較弱),論文首次利用一階攝動(dòng)理論推導(dǎo)出引入吊桿系幾何初始剛度陣的拱橋動(dòng)力特性和穩(wěn)定特征值有限元計(jì)算公式,其中[ K]=[K0]+[Kc