近年来,我国公路建设发展迅猛,桥梁建设作为公路建设的重要组成部分,也得到了相应发展,出现了多种多样的桥梁形式。桁式组合拱桥作为20世纪80年代由我国首创的一种特点鲜明的桥型,与传统的桁式桥梁相比具有以下优点:拱上建筑联合作用好,受力比较均匀,上部构造的工程量较省;在悬拼施工中,斜杆和上弦自身强度和预应力钢筋得到了充分利用,无需设置临时杆件;采用人字桅杆吊机比缆索吊机可减少施工用钢量。但是,在桁式组合拱桥的使用、推广过程中发现,已建成的桁式组合拱桥在杆件节点部位和空实腹联接部位都不同程度地出现裂缝,特别是新拱脚和双竖杆部位,个别桥梁也因刚度不够而出现跨中挠度偏大的情况。因此,研究成桥后的应力与变形以及施工过程对应力与变形的影响,对分析该类桥梁的病害成因以及这种桥型的健康发展具有重要的意义。 本文首先利用ANSYS有限元分析软件,建立贵州省清水大桥实体有限元模型,按两种不同工况进行计算,结果显示的损伤情况与检测报告吻合较好,且通过比较两种工况的结果,初步判定不合理的预应力水平为造成该桥新拱脚和双竖杆部位损伤的主要原因。 由于施工过程对成桥后的受力特点具有决定性的影响,文中随后采用单元死活技术对清水大桥的施工过程进行了数值模拟,得到了该桥在施工各个阶段的应力和变形情况。结果显示,体系转换对预应力桁式组合拱桥的应力分布具有决定性的影响,因此需要对施工过程进行优化设计。 本文接着采用正交试验设计和数值模拟相结合的方法,将全桥的预应力钢筋按位置的不同分为5组,以新拱脚和双竖杆部位的最大第一主应力最小为目标,得到每组预应力钢筋对此目标的重要程度大小,这对以后该类桥型的预应力设计有很重要的指导意义。 论文最后建立了清水大桥板壳有限元模型并利用该模型对该桥的恒载作用工况进行了数值分析,通过与实体模型的结果对比发现,两种模型的计算结果具有比较好的一致性,因此可以利用板壳模型对预应力桁式组合拱桥进行快速、准确的数值分析。