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双层公路钢桁梁桥极限承载力有限元分析

蒋树勤  
【摘要】: 双层桥能综合考虑铁路、公路及各类交通的需要,充分发挥桥位之利,共用主体结构,节省工程投资。钢桁梁桥作为双层桥中最常见的结构形式,在国内外都得到了广泛的应用。随着我国经济的发展,交通量不断增加,超载现象严重,人们对钢桥的稳定性及极限承载力问题越发关心。目前针对钢桥极限承载力的研究主要集中在钢拱桥、斜拉桥和悬索桥方面,对钢桁梁桥极限承载力的研究还很不足。本文以一座双层公路钢桁梁桥——东江大桥为工程背景,以通用有限元程序为手段,对其进行了弹性、几何非线性、双重非线性稳定和极限承载力分析。得出了以下主要结果及结论: (1)通过对不同荷载作用下结构的弹性稳定分析,了解了结构的主要失稳模态,并比较了活载与横向风载对桥梁弹性稳定性的影响。结果表明结构具有较高的稳定安全系数,在恒载、活载和横向风载的共同作用下结构稳定性处于最不利状态。 (2)几何非线性屈曲分析得出的结构失稳形式为桥门架侧倾,双重非线性屈曲分析中结构破坏时的整体变形较小,且极限荷载系数远低于几何非线性分析结果,说明结构承载能力主要由材料非线性控制。 (3)通过对结构极限承载力的双重非线性分析,了解了结构对活荷载的超载能力,并以分析结果为依据,研究了结构的失效路径与失效机理,揭示了此类桥梁失效的实质,对此类桥梁的薄弱环节有了较清楚的认识。 (4)通过对结构承载能力影响因素分析可知:刚性加劲弦是决定结构承载能力的关键因素,对结构破坏时的变形有较大影响;内力调整对结构的承载力有一定影响,能改善结构的受力和变形;横向风荷载对结构受力和变形的影响均较小 本文的研究结论可以为今后同类桥型的设计提供一些参考和借鉴。


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