下承式连续梁拱组合体系全钢结构桥梁计算与分析

论文总字数：73019字

摘 要

本文首先介绍了钢拱桥以及梁拱组合体系桥的发展现状以及其受力特点。结合毕业设计针对了宜兴市梅林大桥，一座跨径布置为：66m 168m 66m=300m的三跨连续梁拱组合体系全钢结构提篮拱桥，按公路-Ⅱ级荷载进行了设计复核计算。该桥主跨拱肋拱轴线为二次抛物线，矢跨比为1/5.25，两条拱肋均采用单室钢箱断面，主跨主梁采用箱型变截面分体式钢箱梁，边跨采用变截面单箱六室钢箱梁。

本文首先给出宜兴市梅林大桥的总体布置以及本文计算分析中所采用参考的规范。然后对宜兴市梅林大桥的计算模型进行合理的简化，选择恰当的单元类型、边界条件，运用Midas Civil建立有限元模型。计算恒载、移动荷载、温度变化和支座沉降作用下结构的内力和位移，并进行荷载组合。针对该桥上部结构的成桥状态进行模拟计算、分析，并按照新颁《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）和《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）验算主桥结构在各种设计状态下的安全性，同时对该桥进行疲劳分析、屈曲分析和动力分析。

关键词：钢结构梁拱组合结构桥 钢箱梁 有限元分析 截面复核 疲劳 屈曲 动力特性

Design and Analysis of a Through Tied-arch Steel Continuous Bridge

Abstract: This paper introduces the current situation of the development and characteristics of the steel structure arch bridge,and loading features of through tied-arch continuous bridge.

This project set object of studying The Meilin bridge in Yixing. Meilin Bridge is a three-span continuous basket arch bridge with combined beam and arch of whole steel structure,whose span arrangement is 66m 168m 66m=300m. This paper rechecked its internal forces by using the vehicle load level of this bridge is level Ⅱ. The mid-span of the bridge is combined bead and arch, which has a parabolic arc axis and the rise-span ratio of is 1/5.25.The cross-section of the arc rib is single-room box,and the girder is made up of variable cross-section box.

This paper first listed the general arrangement of Meilin bridge in Yixing as well as the standard involved, then simplified the calculating model of Meilin bridge. Besides, propriate element type and boundary conditions are selected in this FEA model. A FEA model of Meilin Bridge in Yixing has been built using software MIDAS/Civil. Forces and displacements of the bridge are calculated under different load conditions such as dead load, moving load, temperature load, support settlements and the combination of them. According to the standard of JTG D60-2015and JTG D64-2015 , the safety of the bridge is checked by analyzing the results. In addition, a dynamic analysis ,a fatigue analysis and a buckling analysis of the bridge are made.

Keywords: Steel bridge with continuous combined beam and arch Steel box girder Validation of cross-section Finite Element Analysis Fatigue features Buckling features Dynamic features

目录

第一章 绪论 1

1.1 拱桥的发展 1

1.2 梁拱组合体系桥的特点和分类 2

1.2.1 梁拱组合体系桥的特点 2

1.2.2 梁拱组合体系桥的分类 2

1.3 下承式连续梁拱组合体系桥的受力特点 3

1.4 本次毕设的主要工作 4

第二章 梅林大桥设计参数 6

2.1 技术标准和设计资料 6

2.1.1设计标准和设计规范 6

2.1.2主要技术标准 6

2.1.3 主要材料及性能 7

2.2 桥梁总体布置 9

2.2.1跨径布置 9

2.2.2横断面布置 9

2.2.3桥梁纵横坡 10

2.2.4结构形式 10

2.3 上部结构 11

2.3.1主梁 11

2.3.2拱肋 12

2.3.3吊杆 12

2.4 下部结构 12

2.5 附属工程 13

2.5.1支座 13

2.5.2伸缩缝 13

2.5.3桥面铺装 13

2.5.5人行道栏杆 14

2.6 施工方案与周期 14

第三章 基于有限元原理的分析方法 15

3.1 有限元分析的基本步骤 15

3.2 离散结构 16

3.3 形成刚度矩阵 17

3.3.1 单元刚度矩阵 17

3.3.2 整体刚度矩阵 19

3.4 荷载矩阵 21

3.5 求解线性方程组 22

3.6 单元内力和应力求解 23

第四章 梅林大桥的有限元模型参数 24

4.1 梅林大桥的有限元模型 24

4.2 节点和单元的参数 25

4.2.1 主梁 25

4.2.2 拱肋 28

4.2.3 吊杆 33

4.2.4 风撑 34

4.3 边界条件 35

4.3.1 主梁支座 35

4.3.2 拱脚与主梁的连接 36

4.3.3 吊杆与拱肋及主梁的连接 37

4.4 荷载处理 37

4.4.1 恒载 37

4.4.2 活载 38

4.4.3 吊杆索力 39

4.4.4 温度荷载 43

4.4.5 支座沉降 44

4.4.6 荷载组合 44

第五章 成桥状态影响线分析 46

5.1 影响线原理 46

5.1.1 影响线定义及意义 46

5.1.2 基于有限元分析的影响线画法 46

5.2 成桥状态主梁的影响线 49

5.3 成桥状态拱肋的影响线 51

5.4 成桥状态吊杆的影响线 53

5.5 成桥状态的支座反力影响线 54

5.6 利用影响线计算结构活载内力方法 55

第六章 成桥状态内力与应力分析 60

6.1 剪力滞效应 60

6.2 主梁分析 63

6.2.1 主梁内力 63

6.2.2 主梁应力 65

6.3 拱肋分析 68

6.3.1 拱肋内力 69

6.3.2 拱肋应力 74

6.4 吊杆分析 81

6.4.1 吊杆内力 81

6.5 风撑分析 83

6.6 支座反力 83

第七章 成桥状态验算 85

7.1 承载能力极限状态验算 86

7.1.1 主梁验算 86

7.1.2 拱肋验算 88

7.1.3 吊杆验算 89

7.2 正常使用极限状态验算 90

7.3 支座验算 90

7.4 预拱度计算 93

7.5 疲劳验算 93

第八章 结构稳定分析 96

8.1 结构失稳分类 96

8.2 结构线性稳定分析原理 97

8.3 梅林大桥的整体稳定性分析 99

第九章 结构动力分析 102

9.1 动力分析的模型参数 102

9.2 特征值分析 103

9.2.1 特征值计算方法 103

9.2.2 特征值分析结果 104

总结与展望 109

致谢 110

参考文献 112

第一章 绪论

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