【博士】大跨径石拱桥承载能力研究

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内容简介

　　中国古代和当代石拱桥修建技术受到世界桥梁界的称赞，现在世界上单孔跨径大于100米的18座石拱桥均建设在中国大陆，1个世纪以来中外学者对石拱桥承载力进行了大量理论分析和试验研究，但国内外进行石拱桥极限承载力分析和试验研究的桥例其跨径不超过40米，对跨径大于lOOm的石拱桥进行受力性能和承载力分析十分必要。论文回顾了石拱桥的发展史，介绍了石拱桥的受力特点和破坏机理，对石拱桥分析理论的发展及设计分析方法进行了综述分析，对石拱桥极限承载力的分析方法发展进行了综述分析。本论文对大跨径石拱桥的修建材料力学性能、石拱桥极限承载力、石拱桥结构可靠度和抗震性能展开了分析研究。论文对大跨径石拱桥的修建石砌体进行砌缝小石子混凝土和砌块石材力学性能试验，完成了8种砌体68构件轴心受压试验、18构件偏心受压试验和6种砌体69构件抗剪试验，采用非线性有限元法对砌体构件轴心受压和抗剪试验进行了模拟分析，对砌体试件破坏特征和强度影响因素进行了分析，根据试验结果分析得出砌体抗压强度设计值及抗剪强度设计值公式，已被《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D061—2005)采用。论文介绍了石拱极限承载力分析的三种方法，给出机构分析法和塑性极限分析法的公式，对弹塑性分析法的有限元公式、材料破坏准则及方程求解方法进行了介绍。用三种方法对丹河大桥(146米石拱桥)的极限承载力进行了分析和对比，分析了砌体强度对极限承载力的影响，对机构分析法和塑性极限分析法计算石拱桥极限承载力的局限性进行了讨论。　　论文根据砌体强度试验结果建立砌体受压构件抗力计算公式及抗力概率分布公式，结合《公路工程结构可靠度统一标准》(GB厂r 50283．1999)中公路桥梁荷载的概率分布，对一座20米石拱桥和丹河大桥的可靠度进行了分析验算，根据计算结果对按《公路砖石及混凝土桥涵设计规范JTJ022．85》设计的石拱桥的可靠度水平进行了评价。论文对大跨径石拱桥抗震分析的反应谱法及时程分析法进行了介绍，对丹河大桥的自振特性和空间地震反应进行了分析，计算结果说明地震荷载不控制该桥设计。　　

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