【博士】大跨径有推力无铰拱桥极限承载力研究【2005】

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内容简介

　　学科专业：桥梁与隧道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学土木工程学院　　学位年度： 2005年　　极限承载力是关系桥梁结构安全与经济的主要闯题之一。随着施工技术水平的发展和完善，以及高强材料和薄壁结构的广泛使用，使得拱桥的这一问题更显重要。　　对以承压为主的拱桥，其极限承载力必然会涉及到稳定问题。以往有关拱桥的屈曲计算，都是基于第一类稳定理论进行的。而在实际工程中，由于安装误差、材料缺陷、荷载施力点偏差等因素使得拱桥的失稳一般都表现为第二类稳定问题，即极值点失稳。许多研究表明，第一类稳定分析方法会过高估计拱的临界力，不能保证拱结构具有足够的安全度。只有同时考虑拱变形影响和材料弹塑性影响，按几何和材料非线性理论求解拱的极限荷载才能得到合理的结果。本文以背景工程为研究对象，全面、系统地研究了有推力无铰拱桥的极限承载力问题：　　分别就研究对象在成桥状态下的弹性屈曲问题、第二类弹性稳定问题以及极限承载力问题进行了对比分析。通过对双重非线性影响下，结构达到极限承载力时荷载——位移曲线的研究，阐明了钢筋混凝土无铰拱和钢管混凝土无铰拱的破坏机理，并对造成二者破坏机理不同的内因进行了分析。　　影响拱桥极限承载力的参数很多。本文就施工误差(初始几何缺陷)，荷载要素(荷载形式及其布置方式)，结构设计参数(包括拱肋的矢跨比，材料强度，面内刚度，含钢率，横撑数量、形式及其抗弯刚度)，吊杆(或立柱)非保向力效应四类主要参数对结构极酲承载力的影响进行了研究。　　缆索吊装斜拉扣挂是大跨度拱桥常用施工方法之一。在该施工方法下，通过对背景工程合龙阶段下的双重非线性分析，研究了施工过程对结构极限承载力的影响。针对缆风索在施工中的作用，就其张拉力和水平张拉角对结构面外承载力的提高程度进行了分析。从有利于结构承载力的角度，讨论了钢管混凝土拱桥管内混凝土的合理灌注方案。　　本文提出采用三次样条函数来优化拱桥在恒载下的初选拱轴线，并编制了相应程序。以大跨度拱桥常用合理拱轴线为对象，兼顾强度和刚度两因素的影晌，推导了恒载下拱桥极限跨径的理论公式，进而对极限跨径下拱桥矢跨比的合理取值范围进行了讨论。　　最后，就进一步工作的方向进行了简要的讨论。　　

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