转体桥由于设计和施工相对简单,受力明确,因而易于掌握、易于推广。与钢结构劲性骨架和钢管混凝土轻型化转体施工方案相比,混凝土开口薄壁箱转体方案具有成本低、工种相对简单、转体操作方便的优点,更容易在山区得到推广应用。目前,在拱桥轻型化转体施工中,混凝土开口薄壁箱拱的整体稳定性和局部稳定性问题,直接涉及到设计理论与方法,涉及到施工工艺和施工控制技术方面,至今尚未有系统的研究,这就影响了这一技术的推广应用。 本文回顾了结构稳定性研究的现状,并结合实际项目指出了目前研究中存在的若干问题。接着,从大跨度桥梁的稳定理论中,引出了基本的稳定理论,及求解稳定理论的若干数值方法,列举了经典的圆弧拱面内、面外稳定问题的求解方法,及按挠度理论的基本方程建立任意拱轴线方程的推导过程。分析了半跨拱结构在脱离支架后转动合龙前及在二期浇注混凝土过程中整个半跨结构的稳定性能。 以湖北省交通厅鄂交科教[2004]343号项目为依托,本文以湖北省恩施州平地坝转体拱桥这一目前建成的跨径最大的采用开口薄壁箱技术的转体拱桥为实际工程背景,运用有限元软件ANSYS通过合理而又必要的简化,对实际结构建立了三维有限元模型,提出了此类桥型的建模处理方法。通过有限元数值模拟,对半跨拱结构脱离支架后的结构线形进行分析预测。对脱离支架后所处裸拱施工阶段的拱肋—拉索体系进行了稳定性分析,由于此施工阶段无外加荷载工况,本文定义失稳时的重力倍数为结构的稳定安全系数。通过特征值分析,并考虑扣索张拉力大小,张拉均匀性,施工时混凝土的浇注误差,加厚部分截面,钢筋笼等影响因素,给出了不同状态下半跨拱肋结构所具有的稳定安全系数及相应的失稳模态。利用合龙后结构对称性,采用半拱模型模拟了二期浇注过程中的稳定性能变化。 通过以上工作本文归纳出了此类型桥的失稳特点及应注意的问题,对今后我国西部山区同类型桥的设计施工有一定的理论价值和实用意义。