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蝴蝶拱桥的稳定性及动力特性分析

唐仁伟  
【摘要】:蝴蝶形拱桥是一种造型优美的桥梁结构物,近年来较多的运用于城市桥梁的修建,甚至成为城市的标志。由于此类桥梁造型的特殊性,其构造和结构的力学行为较普通桥梁复杂得多。本文以西安市某建成桥梁作为工程背景,利用大型有限元软件Midas/Civil建立模型,对该蝴蝶拱桥的稳定性问题及地震动响应进行研究。 本文调研并分析了蝴蝶形拱桥在国内外的发展及稳定性的研究现状。阐述了几何非线性有限元理论和材料非线性有限元理论,通过运用拱桥结构的稳定性理论,采用有限元软件对蝴蝶拱桥进行稳定性问题模拟。考虑了三种荷载工况:一是裸拱状态,二是自重+二期恒载,三是自重+二期恒载+活载。分别计算了三种工况下的一阶失稳特征值,并求得荷载工况所对应的失稳模态。从拱肋的抗弯刚度和拱肋的倾角两个方面来分析拱桥的稳定性,从中得到两个参数变化与蝴蝶拱桥稳定性的关系。 采用子空间迭代法,计算了蝴蝶拱桥的前二十阶振型,并分析了拱桥的振型特点。在地震动响应分析方面,按《公路桥梁抗震设计细则》E1地震作用采用CQC振型组合方式进行地震动反应谱分析,分别考虑了纵桥向加速度地震动反应谱,横桥向地震动反应谱和竖桥向地震动反应谱的作用。分析了三个方向的地震动所引起的结构内力值的变化情况和左右拱肋位移变化曲线。


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