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大跨度钢箱叠合拱桥静力行为分析及稳定性研究

赵涛  
【摘要】: 拱桥作为一种基本桥型的出现,距今已经有三千多年的历史。但是钢箱叠合拱桥作为一种比较新型的结构形式在实际中应用得还比较少,对其空间受力特性和稳定性进行探讨分析,能为今后同类型桥梁的设计提供重要参考依据。 本文以哈大客运专线新开河钢箱叠合拱桥为工程背景,通过对其进行空间受力和稳定性分析,讨论了大跨度钢箱叠合拱桥的静力行为特性以及影响其稳定性的各种因素,提出了一些有利于提高钢箱叠合拱桥稳定性的设计建议。 稳定问题通常分为两类,第一类稳定问题最后归结为求特征值问题,其计算比较简单。由于材料非线性、几何非线性和初始缺陷的影响,第二类稳定问题即极限承载力问题更符合实际。但是设计中为了方便起见用的还是特征值来控制结构稳定性。本文以现有理论为指导,从特征值稳定方面出发,通过有限元程序分析了各种荷载和加载方式对钢箱叠合拱桥稳定性的影响;拱的结构形式对稳定性的影响;拱肋内倾对拱桥稳定的影响;横撑样式、布置位置及数量对拱桥稳定性的影响;以及吊杆数量和位置对钢箱叠合拱桥稳定性的影响。 计算结果表明,在大多数情况下该钢箱叠合拱桥发生的基本都是拱肋面外失稳破坏,恒载对结构稳定性的影响最大,活载次之,横向风荷载对结构稳定型的影响很小。采用叠合拱的结构形式、拱肋内倾均能增大拱桥的线性稳定安全系数;吊杆数量对叠合拱的稳定性影响不明显,主要由受力情况来决定其数量;钢箱叠合拱桥中采用能把上下拱肋连接起来的“X”字型或半“米”字型的横撑形式对结构稳定性提高明显,增加横撑数量将增大钢箱叠合拱桥的稳定安全系数。另外,由于材料非线性的影响,非线性稳定分析的稳定安全系数大大低于特征值屈曲分析的结果,线性特征值屈曲分析可能产生非保守的结果。


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