尼爾森體系鋼管混凝土系桿拱橋拱助穩(wěn)定性及系梁橫向受力研究.pdf

1、普通的鋼管砼拱橋在國內外已有較長的發(fā)展歷史，且應用廣范，在橋梁建設中發(fā)揮了不可替代的重要作用，近年來，我國引進了尼爾森體系系桿拱橋，該種拱橋的主要特征為用斜向的吊索代替了傳統(tǒng)的豎向吊索，這必將帶動拱橋新的發(fā)展，但隨著當下橋梁跨度的增大，橋面變的更寬，拱橋穩(wěn)定性的問題和系梁橫向力學特性的問題日益凸顯，關于尼爾森體系系桿拱橋拱肋穩(wěn)定性的相關研究還非常少，關于尼爾森體系系桿拱橋系梁的橫向力學特性分析更是存在較多的不確定性。本文針對尼爾森體系系

2、桿拱橋的穩(wěn)定性和系梁橫向力學特性深入研究，得出相關結論可為工程建設提供有力的參考。
　　本文首先參考了大量國內外橋梁方面文獻，介紹了國內外在尼爾森體系的系桿拱橋方面的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀，以及本文的選題意義和主要研究工作。國內外目前尚未見到其統(tǒng)一的規(guī)范和規(guī)程（關于鋼管混凝土拱橋的設計與施工），這就導致目前國內外的設計與施工中存在較大自由行，難以嚴格把控其合理性，而本文研究的尼爾森體系系桿拱橋作為一種新型的系桿拱結構形式，更是沒有統(tǒng)一

3、的設計施工標準，在這種情況下，盲目的憑借以往的拱橋經驗進行設計和施工，不合理的設計和盲目的施工可能導致工程的病害甚至坍塌等事故。因此目前對尼爾森體系系桿拱橋的鋼管混凝土拱橋的靜、動力性能進行研究急需開展，以便為其合理的設計和施工提供可靠的理論基礎。作為全球的基建大國，我國已經有非常多的普通鋼管混凝土拱橋的相關經驗，為系桿拱橋在我國的快速發(fā)展奠定了重要基礎，但尼爾森體系系桿拱橋的相關經驗還少之又少，國外已經對其有了豐富的應用和發(fā)展，且研究

4、比較成熟，相比之下，國內學者即使對普通鋼管混凝土拱橋的研究也正方興未艾，而對鋼管混凝土拱的尼爾森體系系桿拱橋的研究還鮮有開展。
　　其次，研究穩(wěn)定性相關的理論。在拱橋設計中，失穩(wěn)問題不容忽視，研究拱的失穩(wěn)有重要意義。從失穩(wěn)的理論層面對穩(wěn)定性問題進行了詳細的研究，主要包括了第一類穩(wěn)定的問題的有限元分析和其非線性狀態(tài)的近似求解方法，以及第一類失穩(wěn)中的面內失穩(wěn)和面外失穩(wěn)的研究理論和有限元求解方法。在理論分析的基礎上，結合本文的實際工程，

5、研究了尼爾森體系系桿拱橋的拱肋的穩(wěn)定性及其影響因素，利用有限元軟件MIDAS建立了桿系結構有限元模型，對比分析4種荷載工況、5種橫撐形式、變化的橫撐剛度及變化的預應力對拱肋穩(wěn)定性的影響，并得出結論:在研究荷載對拱肋穩(wěn)定性影響中可以看到橫向風荷載對拱肋穩(wěn)定性影響較小，而系梁上增加豎向荷載，拱肋的穩(wěn)定性有顯著的降低，因此可以看出在吊索傳遞更多的荷載給拱肋時，其穩(wěn)定性隨之降低;拱肋間橫撐形式對拱肋穩(wěn)定性有明顯的影響，對比分析可以看到中間米撐兩

6、側各兩組K撐的橫撐形式是即經濟又有效的橫撐形式;橫撐剛度提高也使得拱肋結構整體穩(wěn)定性隨之提高，但隨著橫撐剛度進一步提高對拱肋整體穩(wěn)定的提高有限，且兩邊橫撐剛度的變化對結構穩(wěn)定系數(shù)有較大影響，基于有限元分析結果，建議中間橫撐的剛度減低為原設計的0.6倍，邊橫撐維持不變，這樣整體穩(wěn)定性僅降低了1.16％，可以在幾乎不降低結構穩(wěn)定性的基礎上變的更經濟;預應力的施加和增大均使拱肋穩(wěn)定系數(shù)提高，從增加量上分析，預應力荷載施加基數(shù)從0.2增加至1.

7、8，穩(wěn)定系數(shù)從12.10增加到12.54，增加了3.64％，可見預應力對拱肋穩(wěn)定性影響較小。
　　再次，對于箱形梁橋的橫向內力分析方法進行了探討，探討了包括國內外學者對于箱梁橫向分析的主要方法如平面框架法、板單元影響面法等?；谇笆龌纠碚?，結合本文實際工程:鄭萬128m尼爾森體系系桿拱橋，石梁河特大橋，對于該橋的箱室截面及其橫梁進行了精細化多方案有限元分析，分別建立全橋有限元模型、平面桿系系梁截面、橫梁截面、有橫梁的板單元系梁模

8、型、無橫梁的板單元模型及利用ANSYS建立簡化的節(jié)段實體有限元模型，通過與全橋實體模型對比分析尼爾森體系系桿拱橋的系梁橫向力學特性。分析得出了箱室的平面框架法僅可適用于無橫隔板或橫隔板縱向距離很大的箱梁、對于有橫隔板的箱梁利用板單元計算更為準確且操作方便等主要結論。認為在邊腹板、邊室跨中、中腹板及中室跨中具有一個應力的峰值點，設計值應作為最不利點，在計算中平面框架法對有橫梁的拱橋系梁并不適用，在箱室處計算值偏大，在橫梁處計算值偏小，這是

9、由于系梁縱向荷載分布不均勻導致的，橫梁處剛度較大則承受了更大的荷載，而箱室處剛度較小則承受了較小的荷載。
　　最后，對本文全部內容給出結論，本文閱讀了大量相關文獻，對涉及尼爾森體系系桿拱橋穩(wěn)定性相關理論和系梁橫向分析方法進行了總結，本文依據(jù)實際工程石梁河特大橋，針對尼爾森體系系桿拱橋的穩(wěn)定性和系梁橫向力學特性進行了初步探討，得出了有益的結論。下承式尼爾森體系系桿拱橋結構形式新穎，成橋后造型美觀，觀賞性強。受力方面，能承受較大的超載