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《西南交通大学》 2005年
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大跨度钢拱桥极限承载力综合三因素检算方法研究

万鹏  
【摘要】:随着我国桥梁建设的发展,出现了一些造型新颖、构造复杂的大跨度钢拱桥。其极限承载力是设计建造中的关键问题。在实际工程中,通过复杂非线性分析确定钢拱桥极限承载力的方法实用性不强。为此,本文尝试建立一种简化检算的框架,实现采用线性方法检算钢拱桥极限承载力这个复杂的非线性问题。以国内在建的重庆菜园坝大桥、广州新光大桥等工程为背景,本文开展了以下几方面的研究工作。 1 总结钢拱桥极限承载力分析中常用的非线性梁单元理论。通过理论分析与试验结果的对比,指出可以采用商用有限元软件的非线性梁单元分析钢拱桥极限承载力,同时也可以模拟残余应力、组合截面等问题。提出采用双重非线性超参数板壳单元建立钢拱桥模型,结合实体单元和杆单元建立高精度全桥模型,同时将准Newton-Raphson法和线性搜索法结合,提高非线性计算收敛效率。为了较好地满足求解精度和速度问题,还对3种不同网格密度的钢拱板壳单元模型的计算时间和精度进行了对比,确定恰当的模型规模。通过该模型进一步说明钢拱桥极限承载力的本质。与非线性梁单元的结果进行比较后,提出考虑节点板、加劲肋和横隔板后的非线性梁单元模型的改进方案。最后指出非线性有限元计算对于设计而言相对复杂,在其基础上建立简化检算方法更具实际意义。 2 通过实际钢拱桥和两个模型结构的非线性分析计算和对比,得到钢拱桥达到极限承载力过程中的应力和内力变化情况。参数变化对钢拱桥极限承载力的影响,都可以从拱肋各项内力的变化体现出来。进而提出横向初始缺陷与横向位移因素检算指标R_(11),并推导其表达式,以便在极限承载力简化检算方法体现这两方面因素的影响。 3 采用Ritz法推导非均匀横撑布置时的拱结构侧倾临界荷载。提出采用非线性规划方法,优化横撑布置。将弹性侧倾临界荷载的表达式代入非线性规划软件Lingo,运用序列线性规划方法求解横撑间距优化问题。为了提高求解效率,采用启发式方法生成初始解;采用逐次线性规划方法寻找搜索方向;采用最陡边策略,找到使目标值下降最多的变量进行迭代。提出拱圈整体横向刚
【学位授予单位】:西南交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:U441

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