【摘要】：隨著材料的不斷改進(jìn),系桿拱橋這種橋梁形式越來(lái)越多的出現(xiàn)在我國(guó)橋梁建設(shè)中,科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展也為其提供了良好的支持。由于外部靜定內(nèi)部超靜定的特殊結(jié)構(gòu)形式,對(duì)于吊桿索力的優(yōu)化計(jì)算一直是工程界的熱點(diǎn)。吊桿索力的合理分布直接影響橋梁的安全使用,特別是短吊桿的突然斷裂,一直是系桿拱橋事故的重要原因之一。因此對(duì)于系桿拱橋吊桿索力的研究具有極其重要的意義。本文以銀吳客專(zhuān)銀川南特大橋128m系桿拱橋?yàn)楣こ瘫尘?對(duì)成橋吊桿索力和吊桿初始張拉力做優(yōu)化計(jì)算。本文首先通過(guò)查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料,總結(jié)陳述斜拉橋的索力計(jì)算理論和主要的計(jì)算方法及其適用條件,為系桿拱橋的吊桿索力優(yōu)化計(jì)算做理論基礎(chǔ)。之后建立銀吳客專(zhuān)銀川南特大橋128m系桿拱橋的有限元模型,進(jìn)行成橋分析和施工過(guò)程分析,重點(diǎn)內(nèi)容為合理成橋狀態(tài)吊桿索力的確定、合理張拉順序確定和吊桿施工初張力的確定。本文的行文邏輯是首先獲得合理成橋狀態(tài),之后確定吊桿張拉順序,最后確定吊桿的初始張拉力。在成橋合理吊桿索力計(jì)算時(shí),運(yùn)用多種斜拉橋的索力計(jì)算方法,逐一單獨(dú)計(jì)算系桿拱橋的吊桿索力,排除了不適用于系桿拱橋這種結(jié)構(gòu)形式的計(jì)算方法,之后多種方法結(jié)合使用,得到了目標(biāo)索力。也從吊桿等頻率的角度對(duì)成橋吊桿索力進(jìn)行了計(jì)算。在確定吊桿張拉順序時(shí),利用倒拆原理,擬定四種張拉方案,先倒拆獲得吊桿初張力,之后正裝計(jì)算,對(duì)比施工過(guò)程中全橋的力學(xué)表現(xiàn),選擇最優(yōu)的張拉順序。在這一過(guò)程中解決了拆除支架這一施工步驟的倒拆模擬,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的較好閉合。在吊桿初張力計(jì)算中,對(duì)比正裝迭代法和倒拆法的計(jì)算結(jié)果,并考察吊桿在施工過(guò)程中的索力變化,最終獲得了理想的吊桿初張力。通過(guò)對(duì)系桿拱橋的索力優(yōu)化計(jì)算,證明適用于斜拉橋的計(jì)算方法在系桿拱橋中并不完全適用,雖然二者同屬于典型的三元結(jié)構(gòu),但是結(jié)構(gòu)的差異決定計(jì)算方式的差異。我們也可得出,僅靠單一的計(jì)算方法很難得到理想的優(yōu)化結(jié)果,多種方法的結(jié)合使用較為合理。本文通過(guò)理論計(jì)算對(duì)銀吳客專(zhuān)銀川南特大橋128m系桿拱橋的吊桿索力進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算,研究成果對(duì)同類(lèi)橋梁具有一定參考價(jià)值。
【圖文】：

在人類(lèi)文明進(jìn)程中，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)扮演著重要角色，而作為交通戰(zhàn)線(xiàn)上的重要一環(huán)梁可以看作是社會(huì)進(jìn)步的體現(xiàn)。早在隋朝時(shí)期建成的趙州橋（圖 1.1）是我國(guó)古代建橋技術(shù)的代表之作[1]。進(jìn)入現(xiàn)代以來(lái)，人類(lèi)的科技水平飛速發(fā)展，各種各樣的橋式先后出現(xiàn)，具有悠久歷史的拱橋并沒(méi)有消失于歷史長(zhǎng)河中，而是在新技術(shù)推動(dòng)下了飛躍發(fā)展，目前我國(guó)已建跨徑大于 50m 的各類(lèi)系桿拱橋已有 410 余座[2]。在鋼材凝土材料出現(xiàn)之后，拱橋擺脫了材料約束，不但截面尺寸大幅度減小，其跨越能力幅度提升，人們開(kāi)始關(guān)注其美學(xué)藝術(shù)。特別是在鋼管混凝土和預(yù)應(yīng)力體系引入橋梁后，拱橋的跨徑越來(lái)越大，，對(duì)基礎(chǔ)的適應(yīng)能力也越來(lái)越強(qiáng)。鋼管混凝土拱橋的拱肋優(yōu)美流暢，吊桿整齊有力，使得整座橋梁高貴優(yōu)雅、優(yōu)美和諧[3]。但是對(duì)于系桿拱種外部靜定內(nèi)部超靜定的結(jié)構(gòu)，吊桿張拉力的計(jì)算一直是令人頭疼的問(wèn)題，合理的初張力能保證結(jié)構(gòu)安全，成橋后內(nèi)力分布合理，拱肋和系梁的線(xiàn)形優(yōu)美。而吊桿張序的選擇亦至關(guān)重要，不合理的張拉順序可能導(dǎo)致張拉過(guò)程中，由于吊桿間的相互而使部分吊桿索力過(guò)大，結(jié)構(gòu)局部應(yīng)力超限等等。因此，尋求最合理的系桿拱橋成態(tài)和最優(yōu)的吊桿初張力一直是橋梁設(shè)計(jì)者的主要研究目的。

圖 1.2 廣州的丫髻沙大橋 圖 1.3 重慶市巫山長(zhǎng)江大橋（2）尼爾森體系隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和橋梁建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的積累，尼爾森提出用斜吊桿代替蘭格爾體系中的豎吊桿可以大幅提高系桿拱橋的剛度，并于 1928 年在瑞典獲得專(zhuān)利，所以這種斜吊桿形式的系桿拱橋又被稱(chēng)為尼爾森體系[17]。尼爾森體系拱橋在我國(guó)的應(yīng)用較少，我國(guó)第一座尼爾森體系系桿拱橋是 1996 年建成的巢湖市西壩路橋（主跨 40m）。
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U448.225

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本文編號(hào)：2657199