系杆拱桥稳定性研究探究

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1、系杆拱桥稳定性研究探究　　摘要：本文概述了大跨度拱桥的稳定理论，包括面内稳定和面外稳定，非保向力效应，稳定求解方法以及稳定问题的有限元分析。并采用ANSYS有限元程序建模方法,对德胜河系杆拱桥进行了成桥稳定性分析。关键词：系杆稳定，非保向力，有限元Abstract:Thispaperoutlinesthestabilitytheoryoflargespanarchbridge,includingstabilityinplaneandoutofplanestability,nonstability,finiteelemen

2、tmethodandthestabilityanalysisoftheproblem.AndtheANSYSfiniteelementprogrammodelingmethodofDeshengRiverrodarchbridge,thebridgestabilityanalysis.Keywords:tiedstable,nondirectionalforce,finiteelement中图分类号：U448.22文献标识码：A：1、系杆拱桥稳定性概述桥梁的跨径越来越大，桥塔高耸化、箱梁薄壁化以及高强材料的应用，使得结构

3、整体和局部的刚度下降，稳定问题就成了严重威胁桥梁施工和使用的重要因素。因此，对稳定问题的研究比以往更显重要。7桥梁结构的失稳，是指结构在外力作用下，稳定平衡状态开始丧失，受垂直受力方向的微小扰动，结构变形迅速增大，使结构失去正常工作能力的现象。通常表现为整体失稳或局部失稳，局部失稳是指个别构件的失稳或部分子结构的失稳，局部失稳常常导致整个结构体系的失稳。拱的稳定问题从空间失稳形态上可分为面内失稳和面外失稳，从失稳性质上可分为第一类稳定(分支点失稳问题)和第二类稳定(极值点失稳问题)。拱的面内失稳分为第一类稳定和第二类稳定

4、，面外失稳主要以第一类为主。第一类稳定问题是理想状态，在实际工程当中，由于拱肋安装时的初始偏差，材料的初始缺陷，荷载作用位置的偏离，是不存在的，所有的稳定问题实际上都是第二类稳定问题。但是第一类稳定问题求解方便，在实际工程中依然应用广泛，第一类稳定问题的临界荷载是第二类问题的极限荷载的上限，因此在实际的应用中应取较大的稳定系数。非线性是第二类稳定问题求解的关键，包括几何非线性和材料非线性．在双重非线性分析中，几何非线性分析是其关键问题，而且几何非线性的理论已有较成熟的算法。而钢管混凝土材料的受力性能复杂，而且到目前为止尚

5、未建立起相对比较完善的本构关系。2、系杆拱桥稳定的特征2.1面内稳定特征7当较柔细的拱所承受的荷载达到某一临界值时，在竖向平面内，拱轴线偏离初始纯压或主要受压的对称变形状态，向反对称的弯压平面挠曲转化，称为拱的面内屈曲。桥梁结构中使用的拱，在体系和构造上多是对称的。当荷载对称地满布于桥上时，拱内压力最大，是对稳定最不利的荷载情况。如果拱轴线和压力线是吻合的，则在失稳前的平衡状态只有压缩没有弯曲变形。当荷载逐渐增加至临界值时，平衡就出现有弯曲变形的分支，拱开始发生屈曲。2.2面外稳定特征当拱平面内的荷载达到一定的临界值时，

6、由于绕拱纵轴的扭矩和侧向弯矩的复合作用，拱也可能离开其平面向空间弯扭形式的平衡状态过渡，这称之为拱的面外屈曲或侧倾失稳。由于这一失稳过程中出现了平衡分支，所以它属于一类稳定问题。当临界状态下的应力小于屈服应力时，即为面外弹性屈曲。3、拱桥非保向力效应研究拱桥的稳定问题，立杆、吊杆等传力构件的工作状态对稳定的影响不容忽略。传力构件随着结构的失稳而改变其传力方向，从而对结构的稳定产生影响。若将拱肋作为研究对象，传力构件的作用就成了外力系，它们随着结构的变形而改变其方向，这种力系称为非保向力系。非保向力系对结构稳定性有正面效应

7、，也有负面效应。其作用可比拟为弹性支承，74、系杆拱桥稳定求解的基本方法4.1静力平衡法静力平衡法是从平衡状态来研究压杆屈曲特征的，是求解结构稳定极限荷载的最基本的方法。对于有平衡分支点的弹性稳定问题，在分支点存在着两个极为临近的平衡状态，一个是原结构的平衡状态，一个是已经有了微小变形的结构的平衡状态。4.2能量法能量法是求弹性系统的总势能不再是正定时的荷载值。由能量判定准则，如果结构处于平衡状态，那么总势能必有驻值，根据势能驻值原理，先由总势能对于位移的一阶变分为零，可得到平衡方程，求解此方程得出屈曲荷载。4.3振动法

8、振动法从动力学的观点来研究压杆稳定问题。当压杆在给定的压力下，受到一定的初始扰动之后，必将产生自由振动，如果振动随时间的增加是收敛的，则压杆是稳定的。4.4缺陷法缺陷法认为：完善而无缺陷的理想中心受压直杆是不存在的。由于缺陷的影响，杆件开始受力时即产生弯曲变形，其值要视缺陷程度而定。在一般条件下缺陷总是很小的，弯蓝变