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钢管混凝土提篮拱桥的稳定性分析
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  • 发布时间:2021-09-12
资料介绍

钢管混凝土提篮拱桥 、 定性分析
Stability Analysis of Basket Arch w ith CFT
张大超 ,时娜
(1.合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥230009;2.安徽省交通规划设计研究院,安徽合肥230008)
摘要:文章介绍了钢管混凝土提篮拱桥稳定性分析的两种方法:线性屈曲和非线性屈曲,以某钢管混凝土提篮拱桥为工程背景,运用mid./civil
有限元程序,建立空间有限元模型,进行了线性屈曲分析,并得出一定的结论。该研究成果对了解该桥及同类铜管混凝土拱桥的稳定性有一定的参
考价值。
关键词:铜管混凝土;提篮拱桥;线弹性;稳定性分析
中图分类号:U448.22 文献标识码:A 文章编号:1 007—7359(201 1)05—01 27一O2
1 概述
研究表明,大跨径拱桥的拱肋横向刚度较弱,横向稳定很
难得到保证,很容易产生结构的失稳。对于该类桥梁结构主要
存在两类失稳问题,第一类叫平衡分支点问题。第二类是极值
点问题。实际工程上的稳定一般都表现为第二类稳定,但是,由
于第一类稳定问题在力学上概念比较明确,在数学上作为特征
值问题容易求解,它的临界荷载又近似地代表相应的第二类稳
定的上限,所以仍然具有一定的实际意义。
2 稳定性分析理论
复杂拱桥的结构稳定性,目前一般采用有限元分析方法,
即线性屈曲分析和非线性(弹塑性)屈曲分析。
2.1线性屈曲分析
根据线性屈曲理论,计算结构在外荷载F作用下稳定安全
系数的特征方程式:
(【KD]+ [KG】){8 l=0 (1)
式中:K。为结构的弹性刚度矩阵;lq为几何刚度矩阵,与
构件的轴力有关;A为荷载稳定系数;{8 l为结构的位移增量。
如果方程式(1)有n阶,那么理论上存在n个特征值A,但
是在工程问题中,只有最低的特征值或最小的安全系数才有意
义。设此特征值为)L cr,则临界荷载值为 erF。主要计算流程
如下:
输入结构和荷载信息
拼装总刚度矩阵K和荷载列阵F,
解Kd=F求得结构内力
拼装K。
解特征方程
(【K + 【K l=O (2)
2.2非线性屈曲分析
钢管混凝土拱桥随着跨径的增大、材料强度的提高,在第
二类失稳破坏时结构表现出大位移、大应变的特点。因此,当
收稿日期:2011-06-13
作者简介:张大超(1985一),男,江苏盱眙人,合肥工业大学在读硕士,
研究方向:大跨度桥梁计算理论与仿真分析。
成桥稳定系数以及失稳模态 表1
图1 提篮拱桥结构《单位:cm)
(a)梁格纵梁1 (b)梁格纵梁2
图2
图3 有限元模型
有限元程序同时考虑结构的几何非线性和材料非线性时,基本
平衡方程为:
(fK0]+【KLj+【K 】){6l:{F) (3)
式中:【K0]为小位移弹性刚度矩阵;【Kd为初位移矩阵;【K 】
为初应力刚度矩阵;(F】为等效节点荷载;{8}为节点位移, ]
和[1(1J均为{6}的函数。
式(3)也可写成增量形式:

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