本文關(guān)鍵詞：葵花型拱橋主腹拱連接節(jié)點優(yōu)化設(shè)計及受力特性分析

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【摘要】：葵花型拱橋是一種造型優(yōu)美、結(jié)構(gòu)新穎的新型橋梁,主拱之上再疊加小拱代替?zhèn)鹘y(tǒng)空腹式拱橋的立柱,在大幅減輕結(jié)構(gòu)自重的同時,也可以增大結(jié)構(gòu)的剛度,外型更是優(yōu)美簡潔,像是一朵綻放的葵花。該橋型結(jié)構(gòu)新穎,與傳統(tǒng)空腹式拱橋相比,在腹拱與主拱連接部位受力比較復(fù)雜,對其進(jìn)行詳細(xì)的受力性能分析并提供可行的優(yōu)化設(shè)計方案具有重要的工程意義。本文以實際工程鳳凰二橋為依托,采用有限元數(shù)值分析的方法重點對葵花型拱橋主腹拱連接節(jié)點的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了詳細(xì)的研究,主要完成了以下工作:1.采用Midas/Civil空間梁單元對結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真計算,詳細(xì)研究對比了在不同荷載作用下,主腹拱采用不同連接方式時結(jié)構(gòu)位移、內(nèi)力以及應(yīng)力的變化趨勢,主要得出以下結(jié)論:主腹拱采用先鉸結(jié)-后固結(jié)的連接方式可以有效減小腹拱拱腳的彎矩,雖然同時也會增大腹拱拱頂和主拱拱腳的彎矩,但是彎矩的變化值并不大;主腹拱采用先鉸結(jié)-后固結(jié)的連接方式可以有效減小腹拱拱腳上緣的拉應(yīng)力,但同時也會增大腹拱拱頂?shù)装搴椭鞴肮澳_上緣的拉應(yīng)力,為保證腹拱拱腳和腹拱拱頂都不產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力,最優(yōu)的先澆段截面高度應(yīng)介于50cm和70cm之間。2.基于梁單元的應(yīng)力計算結(jié)果有一定的局限性,且對細(xì)節(jié)的模擬不盡人意,為了對結(jié)構(gòu)局部進(jìn)行更加精準(zhǔn)的應(yīng)力分析,采用ANSYS實體單元建立了鳳凰二橋的節(jié)段有限元模型,并通過數(shù)值模擬和模型試驗兩個方面驗證了節(jié)段有限元模型的正確性。3.采用ANSYS軟件,研究了基于MPC法的建模方式,該方式能有效地解決網(wǎng)格大小不一致的實體單元之間的連接問題,而且能解決不同類型單元之間自由度不匹配的問題,便于結(jié)構(gòu)不同區(qū)域之間分別采用獨立的網(wǎng)格劃分模式,最后采用鳳凰二橋節(jié)點模型結(jié)果對MPC算法的準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗證。另外,本文在分析MPC算法有明顯優(yōu)勢的同時也提出了其不可忽視的缺點和弊端,并給出了如何有效規(guī)避此問題的方法。4.使用工字鋼代替混凝土作為先澆段來連接主拱和腹拱,通過改變工字鋼的個數(shù)、長度、傾斜角度以及厚度四種方式來改變“拱腳先澆段”的剛度,分別研究四種情況下工字鋼的剛度對結(jié)構(gòu)控制截面應(yīng)力和整體位移的影響。研究結(jié)果表明:保持工字鋼的默認(rèn)剛度,腹拱拱頂拉應(yīng)力偏大,較其它幾種方式,將工字鋼的長度適當(dāng)減小可以有效減小腹拱下緣拉應(yīng)力;工字鋼剛度越大,腹拱拱頂?shù)奈灰圃叫?而主拱圈的位移越大,這與混凝土作為先澆段時的規(guī)律相反。本文建議主腹拱連接節(jié)點優(yōu)先采用工字鋼的方式,這樣既能保證主腹拱的安全又能解決腹拱拱腳易開裂和后澆段澆筑困難的問題。
【關(guān)鍵詞】：葵花型拱橋 連接節(jié)點 工字鋼 受力性能 多點約束 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U442.5
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 葵花型拱橋發(fā)展與現(xiàn)狀11-12
• 1.2 葵花型拱橋節(jié)點連接優(yōu)化與現(xiàn)狀12-13
• 1.3 葵花型拱橋與傳統(tǒng)拱橋簡單對比13-14
• 1.4 依托背景工程介紹14-15
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容15-17
• 第二章 基于空間梁單元的葵花型拱橋主腹拱連接節(jié)點優(yōu)化17-41
• 2.1 葵花型拱橋結(jié)構(gòu)體系及受力特性分析17-20
• 2.2 有限元模型的建立20-22
• 2.3 葵花型拱橋主腹拱連接節(jié)點優(yōu)化22-37
• 2.3.1 對結(jié)構(gòu)位移的影響23-25
• 2.3.2 對結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響25-30
• 2.3.3 對結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響30-37
• 2.4 對空間梁單元計算結(jié)果的討論37-38
• 2.5 本章小結(jié)38-41
• 第三章 葵花型拱橋三維精細(xì)化有限元建模41-53
• 3.1 三維實體模型的建立41-43
• 3.2 數(shù)值分析驗證節(jié)點模型的有效性43-46
• 3.3 模型試驗驗證節(jié)點模型的有效性46-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 基于MPC接觸算法的三維實體建模方法53-73
• 4.1 本文建模存在的難點53-57
• 4.2 ANSYS接觸分析解決單元連接問題57-65
• 4.2.1 接觸問題的概念57-58
• 4.2.2 接觸類型及接觸單元58-59
• 4.2.3 接觸分析重要參數(shù)設(shè)置59-62
• 4.2.4 MPC接觸算法的優(yōu)勢及使用方法62-65
• 4.3 鳳凰二橋節(jié)點模型驗證MPC方法的有效性65-71
• 4.3.1 驗證實體—實體的連接65-69
• 4.3.2 驗證實體—梁單元、板單元的連接69-71
• 4.4 本章小結(jié)71-73
• 第五章 葵花型拱橋節(jié)點連接方式的優(yōu)化研究73-109
• 5.1 先澆段截面高度以及形狀對結(jié)構(gòu)的影響73-86
• 5.1.1 先澆段截面高度對結(jié)構(gòu)的影響73-79
• 5.1.2 先澆段截面形狀對結(jié)構(gòu)的影響79-86
• 5.2 改變拱腳材料的優(yōu)化方式86-108
• 5.2.1 工字鋼個數(shù)對結(jié)構(gòu)的影響86-94
• 5.2.2 工字鋼長度對結(jié)構(gòu)的影響94-99
• 5.2.3 工字鋼傾斜角度對結(jié)構(gòu)的影響99-103
• 5.2.4 工字鋼厚度對結(jié)構(gòu)的影響103-108
• 5.3 本章小結(jié)108-109
• 第六章 結(jié)論與展望109-111
• 6.1 結(jié)論109-110
• 6.2 展望110-111
• 參考文獻(xiàn)111-114
• 致謝114

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：632182