本文關(guān)鍵詞：長期偏載作用下的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性研究

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【摘要】：隨著我國海上原油運(yùn)輸量的增加,鋼管混凝土拱橋在原油碼頭橋梁建設(shè)中應(yīng)用越來越多,原油碼頭鋼棧橋不但承擔(dān)輸油管道荷載,同時(shí)也承擔(dān)著簡單的交通車輛荷載,兩種荷載處于橫向非對稱狀態(tài),使得鋼管混凝土拱橋長期承受著偏載作用。因此對該類橋梁的設(shè)計(jì)就提出了新的要求,對其進(jìn)行理論設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定方面的研究有著非常重要的工程指導(dǎo)意義。本文以我國營口港仙人島港區(qū)2#原油碼頭鋼管混凝土拱橋?yàn)楣こ瘫尘?利用Midas Civil軟件,建立有限元分析模型,對結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算和動(dòng)力特性分析;通過對該橋輸入不同方向的地震波,進(jìn)行抗震驗(yàn)算分析,評價(jià)其抗震能力;對該鋼管混凝土拱橋的穩(wěn)定性影響因素進(jìn)行研究,尤其是對橫撐的布置方式進(jìn)行了不同設(shè)計(jì)方案的對比計(jì)算分析,提出了合理的布置方式;進(jìn)行了實(shí)橋試驗(yàn)測試,將荷載試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行了對比分析,驗(yàn)證評估了橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。為此類鋼管混凝土拱橋在安全性、可靠性和穩(wěn)定性設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)分析方面提供借鑒和參考,具有廣泛的工程指導(dǎo)意義。通過分析研究,本文得出以下結(jié)論和建議:(1)經(jīng)驗(yàn)算,主要受力構(gòu)件拱肋、系桿、吊桿的強(qiáng)度和剛度,整體穩(wěn)定性均滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范。從動(dòng)力特性分析和抗震驗(yàn)算分析結(jié)果可以看出,結(jié)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù),動(dòng)剛度和動(dòng)應(yīng)力滿足相關(guān)規(guī)范要求。在豎橋向地震波作用下,單向活動(dòng)鉸處支座水平位移較大,建議設(shè)置防震擋塊。(2)鋼管混凝土拱橋的面外失穩(wěn)先于面內(nèi)失穩(wěn)。由于偏載作用,失穩(wěn)模態(tài)都有向右側(cè)彎曲或向右側(cè)扭轉(zhuǎn)的趨勢。拱肋剛度、系桿剛度、吊桿剛度對鋼管混凝土拱橋的穩(wěn)定系數(shù)影響依次減小,系桿剛度和吊桿剛度主要影響鋼管混凝土拱橋的面內(nèi)穩(wěn)定,橫撐主要影響鋼管混凝土拱橋的面外穩(wěn)定。(3)通過對不同的橫撐布置方式驗(yàn)算對比分析,結(jié)果表明,“X”型撐和“K”型撐對鋼管混凝土拱橋橫向穩(wěn)定性影響顯著,明顯優(yōu)于“Ⅰ”型撐。端橫撐和拱頂橫撐的剛度對穩(wěn)定系數(shù)的貢獻(xiàn)顯著。進(jìn)行鋼管混凝土拱橋的橫撐設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)綜合考慮橫撐的類型和位置,對不同類型的橫撐組合使用,才能使橫撐充分發(fā)揮作用。(4)理論計(jì)算值與荷載試驗(yàn)實(shí)測值對比分析表明,偏載作用下,管道側(cè)的應(yīng)力和位移均較行車道側(cè)大,結(jié)構(gòu)處于偏壓狀態(tài)。但橋梁結(jié)構(gòu)整體靜力和動(dòng)力性能良好,說明該橋設(shè)計(jì)計(jì)算方案合理、可靠。該設(shè)計(jì)方案對同類型橋梁設(shè)計(jì)、施工具有借鑒和工程指導(dǎo)意義。(5)由于長期偏載作用,在設(shè)計(jì)荷載下,右側(cè)拱肋最大組合應(yīng)力比左側(cè)大12.3%,右側(cè)拱肋最大位移比左側(cè)大6.6%;在地震波作用下,右側(cè)拱肋最大位移比左側(cè)大19.3%,右側(cè)拱肋最大組合應(yīng)力比左側(cè)大23.5%;在荷載試驗(yàn)最不利工況作用下,左右側(cè)最大的撓度、應(yīng)變和吊桿索力值均差異較大。右側(cè)最大索力值比左側(cè)大42.4%;右側(cè)最大撓度測值比左側(cè)大55.6%;右側(cè)最大應(yīng)變測值比左側(cè)大65.0%。該橋處于的明顯的偏載作用,建議對此類型橋梁設(shè)計(jì)時(shí),主要受力構(gòu)件拱肋、系桿、吊桿左右側(cè)可采用不同的剛度,可以適當(dāng)節(jié)約成本。
【關(guān)鍵詞】：鋼管混凝土拱橋 長期偏載 設(shè)計(jì)驗(yàn)算 穩(wěn)定性分析 荷載試驗(yàn)
【學(xué)位授予單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U448.22
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-15
• 1.1 研究的背景和意義11-12
• 1.2 鋼管混凝土拱橋的發(fā)展12-13
• 1.3 鋼管混凝土拱橋的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 本文的研究內(nèi)容14-15
• 第二章 鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算15-39
• 2.1 鋼管混凝土拱橋的橋梁原型15-17
• 2.1.1 工程概況15
• 2.1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)15-16
• 2.1.3 設(shè)計(jì)規(guī)范及規(guī)程16-17
• 2.2 鋼管混凝土拱橋的計(jì)算模型17-19
• 2.2.1 有限元模型17
• 2.2.2 材料特性17-18
• 2.2.3 截面幾何特性18-19
• 2.2.4 計(jì)算模型簡化19
• 2.3 鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)驗(yàn)算19-37
• 2.3.1 設(shè)計(jì)的一般規(guī)定19
• 2.3.2 作用效應(yīng)組合19-20
• 2.3.3 鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)計(jì)算方法20-22
• 2.3.4 正常使用極限狀態(tài)計(jì)算22-30
• 2.3.5 承載能力極限狀態(tài)計(jì)算30-37
• 2.4 小結(jié)37-39
• 第三章 鋼管混凝土拱橋動(dòng)力特性與結(jié)構(gòu)抗震分析39-52
• 3.1 動(dòng)力特性分析39-42
• 3.1.1 計(jì)算原理39
• 3.1.2 自振特性分析39-42
• 3.2 橋梁抗震響應(yīng)分析方法42-43
• 3.3 反應(yīng)譜分析43-50
• 3.3.1 動(dòng)力平衡方程43
• 3.3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)43
• 3.3.3 支座的模擬43-45
• 3.3.4 抗震分析結(jié)果45-50
• 3.4 小結(jié)50-52
• 第四章 鋼管混凝土拱橋的穩(wěn)定性分析52-70
• 4.1 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題概述52
• 4.2 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定問題的分類52
• 4.3 結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全系數(shù)計(jì)算52-55
• 4.3.1 穩(wěn)定安全系數(shù)的求解52-54
• 4.3.2 成橋階段穩(wěn)定計(jì)算54-55
• 4.4 拱橋穩(wěn)定性影響因素分析55-68
• 4.4.1 拱肋剛度對穩(wěn)定性的影響55-58
• 4.4.2 系桿剛度對穩(wěn)定性的影響58-61
• 4.4.3 吊桿剛度對穩(wěn)定性的影響61-63
• 4.4.4 橫撐布置對穩(wěn)定性的影響63-68
• 4.5 小結(jié)68-70
• 第五章 實(shí)橋測試與理論計(jì)算結(jié)果對比分析70-78
• 5.1 荷載試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值對比70-77
• 5.1.1 靜載試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算值對比70-74
• 5.1.2 動(dòng)載試驗(yàn)檢測結(jié)果與理論計(jì)算值對比74-77
• 5.2 小結(jié)77-78
• 結(jié)論與建議78-80
• 參考文獻(xiàn)80-83
• 附錄：鋼管混凝土拱橋?qū)崢蛟囼?yàn)測試方案與試驗(yàn)結(jié)果83-101
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果101-102
• 致謝102

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：635528