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大跨度钢拱桥的稳定性研究

王荣辉  
【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。随着拱桥跨径的增大,稳定性变得越来越突出,成为拱桥设计的重要控制因素之一。 本文以广州新光大桥为工程背景,通过对其进行稳定性分析,讨论了影响大跨度钢拱桥稳定性的各种因素,为以后同类桥型的设计提供有益的建议。 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。但由于材料非线性、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。本文以现有理论为指导,从特征值稳定和极限承载力两方面出发,通过有限元程序分析了横撑样式及布置位置对拱桥稳定性的影响;桥面系横向刚度对稳定性的影响;拱肋内倾对拱桥稳定及极限承载力的影响;横向风载对拱桥极限承载力的影响。 计算结果表明,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。“一”字型横撑宜设置在拱顶,“K”字型横撑设置在1/4跨径和拱顶附近较好;由于拱桥吊杆非保向力效应的影响,桥面横向刚度的增加将提高拱桥的面外稳定性;拱肋内倾将增大系杆拱的线性稳定系数,但会降低其极限承载力,需要综合比较各种因素选取合适的内倾角:由于横向风载将大大降低系杆拱的极限承载力,设计时尤其要对桥梁抗风稳定性进行验算。


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