论文部分内容阅读
近些年来,我国不断加大对基础设施建设的投入,城市桥梁建设飞速发展,其中钢管混凝土拱桥因其用料省、安装重量轻、施工简便、承载能力大等诸多优点,己逐渐在城市及公路交通枢纽中扮演着越来越重要的角色。以102国道跨伊通河大桥为例,主桥为三跨飞燕式异型钢管拱桥。本文依托该实际工程,采用大型有限元计算软件MIDAS/CIVIL建立了基于空间梁单元和杆单元的全桥空间有限元模型,逐一探讨了有关伊通河大桥的静力特性、动力特性、弹性稳定性和抗震性等几个方面的问题。论文主要开展了以下几方面工作：(1)对钢管混凝土的特点、钢管混凝土在拱桥上的应用以及钢管混凝土拱桥受力特性等研究现状进行了详细阐述,明确了本文的研究重点。(2)对伊通河大桥的结构布置形式进行了详细阐述,对结构的细部特征进行了介绍。基于有限元法基本理论,采用Midas/Civil软件实现了伊通河大桥的有效仿真,为该桥型的受力特性分析提供基础。(3)对伊通河大桥在施工及运营阶段的静力特性进行分析,计算得到了伊通河大桥的结构构件在施工阶段和运营阶段的受力、变形及内力包络图。通过对各个施工阶段的计算结果得知,在伊通河大桥的整个施工过程中,结构应力和变形均保证在了规范允许的范围之内,结构安全可靠。(4)计算分析了伊通河大桥的动力特性,利用特征值分析求解了结构的周期和振型。结合结构振动周期及振动模态可以看出,伊通河大桥平面外刚度相对较低,因此结构的平面外性能应作为抗震分析的重点。(5)利用Opensees软件,采用IDA(增量动力分析)方法模拟某钢管混凝土拱桥振动台试验,验证了采用统一理论确定钢管混凝土应力应变关系的有效性；利用IDA方法研究了钢管混凝土拱桥在强震作用下的受力性能及破坏机理。并得出了伊通河大桥的IDA曲线,通过曲线可以看出,该桥的抗震性能十分优越,地震作用下拱肋的延性较好；在地震荷载作用下,钢管混凝土拱肋的应力应变滞回性能良好,拱肋的耗能能力较强。(6)针对拱桥在施工过程的稳定问题,采用特征值屈曲分析方法计算验证了拱肋施工过程中的稳定性。结果表明,伊通河大桥的面外刚度低于面内刚度,稳定系数在10以上,活载的布置方式对结构稳定性的影响较低。