钢管混凝土提篮拱桥的稳定性分析.pdf
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1、安徽建筑 2 0 1 1年第 5期( 总 1 8 0期 ) 钢管混凝土提篮拱桥 、 定性分析 St abi l i t y Anal ysis of Basket Ar ch w i th 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2 3 0 0 0 9; 2 安徽省交 通规划设计研究院 , 安徽合肥2 3 0 0 0 8 ) 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 m i d c i v il 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
2、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 : U 4 4 8 2 2 文献标识码 : A 文章编号 : 1 0 0 7 7 3 5 9 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 1 2 7 一 O 2 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
3、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: ( 【 K D + K G 】 ) 8 l = 0 ( 1 ) 式中: K 。 为结构的弹性刚度矩阵; l q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(
4、 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 c r , 则临界荷载值为 e r F 。 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 K d = 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 : 2 0 1 1 - 0 6 -1
5、3 作者简 介 : 张 大超( 1 9 8 5 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: c m) ( 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 : ( f K 0 + 【 K L j + 【 K 】 ) 6 l : F ) ( 3 ) 式 中: 【 K 0 为小位移弹性刚度矩 阵 ; 【 K d 为初位移矩 阵 ; 【 K 】 为初应 力刚
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