大跨径拱桥拱轴线参数对几何非线性的影响研究

《大跨径拱桥拱轴线参数对几何非线性的影响研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、大跨径拱桥拱轴线参数对几何非线性的影响研究万虹宇1邬刚柔2（1.重庆科技学院，重庆，401331；2.重庆高速公路集团有限公司，重庆，401121）摘要：本文针对目前拱桥非线性研究现状，对钢管混凝土劲性骨架拱桥类箱形拱桥改变其参数的1000多个模型，用ANSYS有限元程序进行线性和非线性分析，并进行比较分析，得出拱桥的拱轴线参数对几何非线性的影响，对此类桥型设计提供理论参考。关键词：拱桥，非线性分析，挠度，线形参数Abstract:Accordingtothepresentstateofthestudyofthearchnonlinearcharacterist

2、ics,concrete-filledsteeltubearchbridgeswithboxcross-section,whichadoptthestiffeningframesconstructionmethod,ischosentobeanalyzedinthispaper.Inordertocomparethelinearandnonlinearbehaviorsofarchbridges,morethan1,000modelswerebuiltbyANSYSwithdifferentdesigningparameters.Afterthestudy,th

3、eruleofthenonlinearchangedwithvariousstructuredimensionsisobtained,theoreticalreferenceondesigningthistypearchbridgeareprovided.Keywords:archbridge;nonlinearinfluenceanalysis;flexivity;line-shapeparameters1.前言钢管混凝土劲性骨架拱桥同时解决了拱桥在大跨径方面高强度材料应用和施工两大难题，为钢管混凝土劲性骨架拱桥的在大跨径方面应用提供了客观的需求。随着拱桥跨径

4、的增大，拱桥几何非线性的影响也将不容忽视，而在进行极限承载力计算时应当考虑材料非线性的影响。目前常用的桥梁通用程序大都采用弹性理论计算，很少考虑这些非线性的影响；而对于有的大型通用有限元结构分析程序，因为不是专门为桥梁工程设计的，虽然考虑了几何非线性、材料非线性、边界非线性等因素，但在适用桥梁分析的本构关系选择以及施工全过程模型简化等方面都较困难。本文用ANSYS有限元程序对变线形参数的拱桥有限元模型进行线性和非线性分析，并对其进行比较分析，研究拱桥线形参数对几何非线性挠度的影响。2.有限元分析简介2.1有限元分析理论按照挠度理论有单元在局部坐标系中的刚度方程（

5、即单元的节点位移矩阵与相应的结点力矩阵之间的关系）为：（1）式中：－单元的线性刚度矩阵－单元的初应力刚度矩阵[2][3]－单元的几何刚度矩阵[2][3]－单元节点位移矩阵－单元节点力矩阵（与相对应）进一步将单元在局部坐标系中的刚度矩阵进行坐标变换，并按直接刚度化集成刚度矩阵，则可建立整个结构的刚度方程：（2）当引入边界条件后，即可应用Newton-RaphsonFormulation进行非线性分析[1]。2.2有限元离散本文研究的拱桥所采用线性为悬链线，设定参数有：跨径L、矢跨比f/L和拱轴线系数m。使用ANSYS对其变参计算弹性和非线性在重力下的作用，以此得出

6、非线性影响关系。截面形式采用箱形截面，按照劲性骨架钢管混凝土拱桥的特点，采用钢管混凝土做骨架，拱箱采用混凝土结构；计算模型采用空间有限元单元，钢管和钢管混凝土采用BEAM单元，拱箱采用SHELL单元。3.拱桥非线性影响为研究非线性影响的方便，现定义非线性影响系数：（3）（4）其中：Nu—考虑非线性影响计算的荷载效应Nn—不考虑非线性影响计算的荷载效应3.1拱轴线对非线性的影响（1）（2）（3）图1不同拱轴线系数沿跨径对非线性挠度的影响（1）（2）（3）图2不同截面在拱轴线系数作用下对非线性挠度的影响通过图1和图2可看出：1）非线性影响系数对挠度的影响在跨径约L/

7、4至L/2的区域是相对稳定，非线性影响系数由0逐渐正值增大，称为正影响区域；2）在正影响区域内，同截面的非线性影相系数随着拱轴线系数的增大而增大，近似成直线关系；3）非线性影响系数对挠度的影响在跨径约L/4至拱脚的区域是相对不稳定，非线性影响系数由0逐渐负值减小，称为负影响区域；4）在负影响区域内，同截面的非线性影响系数随着拱轴线系数的增大而急剧减小，当非线性影响系数趋向于负无穷时，将突变为正影响；5）在同一拱轴线系数不同跨径情况下，随着跨中非线性影响系数的增大，非线性影响系数零截面（非线性影响系数为零的截面）将向跨中移动，但范围减小。3.2拱桥挠度非线性规律分

8、析拱桥结构在恒载荷载的作