大跨径提篮式钢桁架拱桥非线性稳定研究

作     者：康洪滔 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：曾勇

授予年度：2024年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：钢桁架拱桥 稳定承载力 非线性 失稳判别 

摘      要：大跨径提篮式钢桁架拱桥因其出色的跨越能力、承载能力而被广泛应用于“V形深切峡谷等险峻地理环境中,其稳定问题是制约钢桁架拱桥跨径突破的关键问题之一。本文聚焦稳定问题,依托某400m级上承式提篮式钢桁架拱桥,采用数值模拟方法对其在不同参数状态下的成桥阶段非线性稳定性进行研究,并根据稳定分析结果,选择基于中心差分法所计算的拱轴线曲率变化作为判别钢桁架拱桥发生非线性失稳的核心判据。本文主要研究内容及成果如下: (1)通过对本桥在不同荷载布置形式下的特征值屈曲分析、几何非线性稳定分析和双重非线性稳定分析,得到了本桥相应的稳定系数及失稳模态,并在最不利荷载分布情况下施加横风进行双重非线性稳定分析。结果表明:材料非线性是影响桥梁非线性稳定性的决定性因素;桥梁在半跨满布活载作用下,双非线性稳定性降幅最大,横风作用后,稳定性进一步下降且失稳模态由面内转为面外。 (2)研究了非线性因素、关键构造及温度荷载变化时全桥非线性稳定性的变化趋势。结果表明:将初始偏差缺陷控制在L/5000内并避免拱轴线面内偏差可以降低初始缺陷对非线性稳定的影响,采用“K字横撑并将拱肋内倾一定角度会提高钢桁架拱桥稳定极限承载力,整体升温有利于钢桁架拱桥在保证非线性稳定性的同时承受更多竖向荷载。 (3)结合本桥在各参数状态下的非线性失稳模态,将钢桁架拱桥非线性失稳临界状态下的拱轴线曲率变化作为失稳判别依据,建立了基于拱轴线曲率变化的钢桁架拱桥非线性失稳判别流程,选择中心差分法计算拱轴线实时曲率并验证其精度,通过单拱肋、双弦杆拱桁、平行拱肋桁架拱、提篮式拱肋桁架拱验证失稳判别准则精度,结果表明:中心差分法求解拱轴线曲率精度高,适用于计算拱轴线实时曲率;基于拱轴线曲率变化的非线性失稳判别准则对面内非线性失稳的桁架拱结构判别精度高,稳定极限承载力误差最大为4.4%,验证了失稳判别准则的可行性、准确性,为后续拱桥非线性稳定性判别提供思路。