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外倾式钢箱拱桥稳定性能研究

刘彬斌  
【摘要】:随着钢结构的广泛应用,在国内外建造了越来越多的钢箱肋拱桥。本文以正在设计研究中的南宁大桥为背景,研究这种外倾式钢箱拱桥的稳定性能。该桥采用300米跨径的非对称肋拱桥,由两条倾斜的钢箱拱肋、桥面曲线钢箱梁、倾斜的吊杆、系杆及肋间平台,共同构成一个三维的空间结构体系。该造型使得南宁大桥的构造和受力相当复杂。拱肋为单箱单室钢箱拱肋,拱肋四周为钢板,由纵向加劲肋、横向加劲肋板、吊点横隔板和定位横隔板进行加劲。而拱桥作为压弯结构,稳定性能的研究尤为重要。 本文建立三维全桥杆系模型进行整体稳定计算,针对不同的荷载工况,求解整体结构的一类稳定屈曲系数,并针对可变的主梁刚度和拱肋刚度等因素对整体结构做一类稳定的参数化分析;求解结构的二类稳定的极限承载力系数,在求解二类稳定的极限承载力系数时考虑几何非线性和材料非线性的影响。另外对拱肋不同的初始变形形状和初始变形值对结构整体稳定的影响进行了研究。 根据相关静力分析和整体稳定分析结果,本文选取西拱肋中部分节段,首先用理想加劲板的局部稳定计算理论,视拱肋加劲板为四边简支的均匀受压板,计算板件在最不利荷载作用下的局部一类稳定系数;然后用杆系板壳混合有限元模型,在关键节段建立板壳有限元模型,嵌入到整体杆系有限元模型中,计算了结构在最不利荷载作用下整体—局部线弹性相关稳定系数,并将结果和整体稳定计算结果和理想加劲板的稳定理论计算结果相比较。同时,利用混合有限元模型并分析了拱肋面板厚和纵向加劲肋间距、加劲肋板厚对结构整体—局部线弹性相关稳定性能的影响,以及求解弹塑性相关稳定极限承载力系数,在求解极限承载力系数时考虑了几何非线性和材料非线性的影响和局部板件初始变形的影响。 分析结果显示,局部失稳对结构的一类稳定起控制作用,在稳定分析中必须考虑局部稳定的影响,而结构的极限承载状态是由整体稳定控制的。


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