预应力桁架拱桥的有限元分析开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

早在公元前我国就已经出现了河北赵州桥为典型的拱形桥型,随着我国的公路和铁路的高速发展,预应力桁式拱桥不断发展成为不断采用的一种新型桥梁。桁与拱的组合方式有连续桁架拱、一般桁架拱、桁式t构和桁式组合拱。拱桥的施工方法包括有支架施工、缆索吊装施工、劲性骨架施工和转体施工。预应力混凝土桁式组合拱桥将悬臂桁架与拱桥相结合, 充分发挥了二者的优势,它不仅跨越能力强、便于施工、工厂化制作程度高,预应力桁架拱桥也是今后桥梁的发展趋势。国外也已经建造了诸多桁式拱桥,国外学者对超大跨度混凝土拱桥不断提出设想。我国的拱桥建设无论是数量和跨度都处于世界前列,此外还出现了预张拱桥,它的稳定性、整体性和刚度都得到了极大的提高。

由于桁式组合拱桥进入21世纪来,部分桥梁出现了裂缝、拱顶开裂和杆件开裂,汽车火车的反复荷载会对桥梁的节点造成应力破坏,而超载的汽车和火车会对桥梁造成柱和支撑结构的强度破坏,因此桥梁结构的稳定性和极限承载力是设计和建造过程中必须控制和解决的问题。为研究大跨径混凝土桁式组合拱桥的变形机理,牛艳伟等人以一座主跨138m桁式组合拱桥为背景,对其长期变形和混凝土开裂情况进行实测和规律分析,讨论了结构在不同情况的载荷工况下的受力特征[3];国外学者m.e. stavroulaki等人使用地面摄影测量和有限元技术对砌体桥梁进行建模和强度评价,结果阐释了拱体的损失是如何发展的[1];h.j. kang给出了用传递矩阵法对拱桥进行建模和强度分析[2];其中陈宝春、韦建刚、周俊和刘君平针对我国的钢管混凝土拱桥的应用现状进行了介绍,包括结构体系、截面形状和材料的强度不断提高,并对今后钢管混凝土拱桥的发展提出了想法[9]。本文将根据贵州省清水大桥的相关数据对预应力桁架拱桥进行有限元计算,分析预应力桁架拱桥在荷载情况下强度发生破坏的机理位置和原因,并对结构裂缝的产生提出相应建议。

正是由于目前仍有许多预应力桁式组合拱桥出现了病害,其中包括杆件的裂缝和节点的开裂等等,情况严重的需要进行重新建桥,因此研究清水大桥此类预应力桁式拱桥的强度和稳定性,以及桥梁在自重和静力荷载不同载荷工况下的应力与变形,这对分析其它预应力桁式拱桥的病害产生和促进桁式组合拱桥的发展有着重要的意义。

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2. 研究的基本内容与方案

本文的目标为:对贵州省清水大桥进行有限元建模,得到各构件在自重情况和施加静力荷载情况下的强度和稳定性,并根据结果对局部构件出现裂缝的影响进行分析,为今后此类预应力桁式拱桥提供分析方法和参数模型。

本文的基本内容为:利用ansys有限元分析软件,建立清水大桥整体的有限元模型,对预应力桁架拱桥进行结构的静力分析,根据在自重和恒载下的应力和位移,进行结构的强度和稳定性分析,分析桥梁裂缝和结构破坏的机理。最后根据桥梁的分析结果分析现实中局部结构产生裂缝病害的起因,并给出相应的处理建议。

拟采用的技术方案及措施为:

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3. 研究计划与安排

1.第1-3周:查阅国内外文献,了解桁架拱桥的研究现状;翻译英文文献,完成开题报告;

2.第4-6周: 学习与研究内容相关的理论知识,建立分析模型;

3.第7-8周:完成预应力桁架拱桥建模与分析工作;

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]m.e.stavroulaki,b.riveirob,g.a.drosopoulosc,m.sollab,p.koutsianitisc,g.e.stavroulakis. modelling and strength evaluation of masonry bridges usingterrestrial photogrammetry and finite elements. advances in engineering software,2016,(101):136–148.

[2]h.j.kang. modeling and parametric analysis of arch bridge with transfer matrixmethod. applied mathematical modelling, 2016:23-24.

[3]牛艳伟,曹宏恩,杜隆基,黄平明.大跨径混凝土桁式组合拱桥长期变形实测分析[j].公路,2017,62(02):59-64.

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