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)承式系桿拱橋結構體系和施工監(jiān)控方法,以正在施工的復式提籃拱橋科研項目為背景,并為重慶大學基礎應用基礎研究基金項目(項目編號:717411067)。該橋型特點是內(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構體系。其受力復雜,空間效應明顯,設計思路不同于通常的系桿拱橋,對于這類橋梁究竟如何分析計算,其結構受力特點如何,受力是否合理,施工如何保證工程質(zhì)量,實現(xiàn)設計意圖等,是橋梁設計者所關心的,筆

2、者根據(jù)其自身特點總結出一套切實可行的設計和施工方法,主要內(nèi)容如下:1.建立中(下)承式系桿拱橋力學模型與吊桿索力優(yōu)化計算方法。在傳統(tǒng)的拱橋計算方法中,為了將實際的拱橋結構轉(zhuǎn)化為力學模型,多年來沿用了多體系假設、多平面假設、上下部結構假設、鉸接與剛性連接假設等分析方法。這種假設對于一般的拱橋分析是足夠精確的,但對于復雜的結構,尤其對中(下)承式系桿拱橋顯得無能為力。論文根據(jù)拱橋自身的結構特點和力學特征,對其進行力學性能研究,采用以拱肋、吊

3、桿和橋面體系為一體的整體精細有限元桿梁力學模型。推導出以索力為設計變量、橋面系彎矩應變能最小為優(yōu)化目標的吊桿索力優(yōu)化計算公式,并與其它幾種常用優(yōu)化方法進行比較分析。計算出吊索的調(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行拱橋的靜動力分析,形成一個完整的、具有創(chuàng)新性的中(下)承式系桿拱橋的力學分析的理論與方法。(附表內(nèi)發(fā)表論文對應編號:[3],[4])2.推導出考慮吊桿系初始幾何剛度陣的拱橋動力特性和穩(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,傳統(tǒng)設計中主要利用橋面簡支梁模型計算吊桿內(nèi)力[ K]=[K0]([ K0]為拱橋整體剛度陣),忽略橋面連續(xù)及彈性支撐對吊桿內(nèi)力的影響,即按線性迭加理論進行分析,計算結果較為粗糙。為了解該橋型的動力和穩(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理論推導出引入吊桿系幾何初始剛度陣的拱橋動力特性和穩(wěn)定特征值有限元計算公式,其中[ K]=[K0]+[Kc