永修特大刚架系杆拱桥刚架拱稳定性和极限承载力分析

作     者：章开东 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：盛兴旺

授予年度：2009年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：下承式刚架系杆拱 抛物线平行双肋拱 刚架拱 稳定性 极限承载力 

摘      要：昌九城际铁路永修特大桥主桥结构为(31.75+128+31.75)m的下承式刚架系杆拱桥,它是拱墩固结、梁墩分离、以拱受力为主、梁仅承受节间荷载和提供桥面系的结构体系。梁节间荷载通过吊杆传递至拱肋,转化为拱肋的轴向力,拱脚轴向力的竖直分力由桥墩传递至基础,水平分力由桥墩间张拉的系杆力平衡。 该桥具有跨度大、结构和施工工艺复杂等特点,为紧密配合该工程设计和施工需要,本文结合设计成果和施工方案,对该桥刚架拱的稳定性和极限承载力进行仿真分析研究,主要完成了以下几方面的工作: 1.基于能量法,推导圆弧双肋拱在考虑内倾角和横撑在拱肋径向平面弯曲变形能情况下侧倾临界荷载解析计算公式,并与文献公式进行对比验证; 2.引入荷载分配系数的概念,以及单波正对称和双波反对称位移函数,考虑固结支承、铰结支承两种边界条件,采用Ritz法推导抛物线平行双肋拱在保向力和非保向力作用下的侧倾临界荷载的解析计算公式,并与参考文献和有限元结果进行对比分析;进而,分析了部分结构参数对拱的侧倾临界荷载和“非保向力效应的影响效应; 3.建立了永修特大刚架系杆拱桥有限元模型,采用线弹性稳定理论、几何非线性分析法和双重非线性全过程分析法对结构稳定性和极限承载力进行了分析,并探讨了吊杆“非保向力效应和桩基刚度对刚架拱的稳定性的影响;校验了设计结构的稳定安全性。 4.在本文计算结果的基础上,分析了刚架拱的破坏过程和破坏机理以及几何、材料非线性对该桥稳定与极限承载力的影响; 5.利用建立的有限元模型,分析矢跨比、横撑的布置位置、数量和型式、初始几何缺陷和材料强度等参数对刚架拱极限承载力的影响效应。