浅论140m下承式钢箱系杆叠拱桥受力特性分析

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1、中南大学硕士学位论文140m下承式钢箱系杆叠拱桥受力特性分析姓名：欧阳旭申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：叶梅新20100401摘要下承式钢箱系杆拱桥具有跨越能力大，建筑高度小，美观经济等优点，在已建高速铁路的国家都得到了应用，国内目前建成的高速铁路钢系杆拱桥数量仍然不多。哈大铁路客运专线在建的新开河大桥为140m下承式钢箱系杆叠拱桥，上、下拱肋结构都采用双肋平行等截面钢箱；系梁则采用等宽变高度钢箱截面；桥面系采用混凝土板与钢纵、横梁全结合体系，该桥为哈大客运专线的重点工程。本文采用有限单元法

2、对新开河大桥全桥受力特性进行了较全面系统的分析。主要完成了以下工作：1．用大型有限元分析计算软件ANSYS和MIDAS分别建立该桥的空间有限元模型，对桥梁的强度、刚度进行计算分析。在荷载组合作用下，系梁、外纵梁和内纵梁的竖向挠度最大分别为lO．1、lO．5和10．6cm，挠跨比约1／1400；吊杆受力相对较大，最大应力227．9MPa，而其余部位应力都不超过150Mpa。结果表明：该桥受力合理，刚度和强度均满足要求。2．对成桥状态进行线性稳定性分析。计算时，桥梁整体稳定性分析采用MIDAS模型，局部稳

3、定性分析采用,ⅢSYS模型。结果表明：成桥状态下，桥梁稳定系数较大，整体稳定系数都在lO．0以上，局部稳定系数都在8．08以上。3．研究了混凝土桥面板所提供的抗力对桥梁在各种荷载作用下的变形和受力状态的影响。结果表明：当不考虑桥面混凝土板抗力时，恒载+最不利双线ZK活载+摇摆力的主力组合作用下，与考虑桥面混凝土板抗力时相比，桥梁竖向位移只有略微增大；横梁应力增幅最大达30％，最大应力96．4Mpa，其它部分应力增幅均小于5％。4．研究了辅助横梁对桥梁在各种荷载作用下的变形和受力状态的影响。结果表明：不

4、设辅助横梁时，恒载和最不利双线ZK活载共同作用下，只有第一节间桥面系应力增大较明显，其中混凝土板应力增加最多1Mpa，纵横梁应力增加最多15MPa，其应力仍在容许范围之内。其它区域应力情况和桥梁刚度基本不变。本文的研究成果为新开河大桥的设计提供了参考，其基本思想和方法也可供其他下承式系杆拱桥的设计、受力特性研究参考。关键词：下承式系杆拱桥，有限元，受力特性，稳定性AbstractThetied—archbridgewithsteelboxhastheadvantagesofalargespanning

5、capacity,lowconstructionheight，andthebeautifulappearance．Ithasbeenwidelyusedincountrieswhichhavealreadybuilthigh．speedrailway．Butsuchbridgesarestillrareinthehigh—speedrailwaylineinChina．TheXinkaiheBridge，whichisonconstructioninHa-Dapassengerline，isa140m

6、spanthroughtied—archstackwithsteelbox．Theupperandlowerarchesaremadeofparallelsteelboxwiththesamesectionoftwo．ribs；thetiedbeamiSmadeofconstantwidth．variableheightsteelboxsection；ThedeckiSacombinationofverticalandhorizontalsteelbeamandconcreteslab．Thisbri

7、dgeisakeyprojectintheconstructionofHa—Dapassengerline．Inthispaper,mechanicalcharacteristicsofXinkaiheBridgeweresystematiclyanalyzedwithfiniteelementmethod．Thefollowingworkswerecompleted：1．FiniteelementmodelsofthisbridgewereestablishedbothbvpackageANSYSa

8、ndMIDAS．Thenthestiffnessandstrengthofthebridgeareanalyzed．Underthecombinedactionofvariablyloads．thedisplacementofthetiedbeam，girder1，andgirder2is10．1cm，10．5cm，and10．6cm；Thestressesofhangersarealittlebigger,whichreach227．9MPa．thes