梁拱組合體系設(shè)計(jì)理論關(guān)鍵問(wèn)題研究.pdf

1、本文對(duì)平行式梁拱組合體系的概念設(shè)計(jì)進(jìn)行了歸納總結(jié)，對(duì)平行式梁拱組合體系的簡(jiǎn)化計(jì)算和梁拱協(xié)作機(jī)理進(jìn)行了研究，對(duì)外傾式梁拱組合體系的拱肋傾角和吊桿夾角進(jìn)行了參數(shù)分析以及提出了一種新的確定外傾式梁拱組合體系空間多索面吊桿張拉力的方法。 1．平行式和外傾式梁拱組合體系的概念設(shè)計(jì)比較全面地歸納和總結(jié)了平面梁拱組合體系總體設(shè)計(jì)參數(shù)(矢跨比、拱肋高跨比、主梁高跨比、拱肋傾角、索面布置等)的一般確定原則以及結(jié)構(gòu)截面尺寸(包括拱肋、主梁、吊桿)的

2、常用取值；結(jié)合現(xiàn)有工程實(shí)例，總結(jié)了外傾式梁拱組合體系的結(jié)構(gòu)布置規(guī)律。比較全面地總結(jié)了梁拱組合體系關(guān)鍵部位的試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果，提出了梁拱組合體系關(guān)鍵部位鋼筋的四個(gè)作用：拱肋的配筋要求；主梁的配筋要求、拱肋與主梁結(jié)合傳力的配筋要求；局部應(yīng)力集中的配筋要求。由此得出了關(guān)鍵部位鋼筋布置的四個(gè)原則：拱肋的縱向鋼筋和箍筋；主梁的縱向鋼筋和箍筋；垂直于拱肋的斜拉筋；支座和角隅的加強(qiáng)鋼筋網(wǎng)。 2．梁拱組合體系的實(shí)用計(jì)算對(duì)均布荷載作用下，梁拱

3、組合體系吊桿力的有限元結(jié)果進(jìn)行分析、綜合，作出了吊桿力大小相等的假定，并將吊桿力假定為膜張力，將梁拱組合體系分解成梁拱組合體和吊桿兩種構(gòu)件，由變形協(xié)調(diào)方程，通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法求解出了均布荷載作用下梁拱組合體系的吊桿均布膜張力以及跨中拱肋、主梁撓度的簡(jiǎn)化公式。分析了簡(jiǎn)化公式誤差產(chǎn)生的原因，即，用四次拋物線膜張力修正均布膜張力、余弦荷載修正膜張力產(chǎn)生的誤差，分別提出了修正系數(shù)c1、c2，再將修正后的結(jié)果與有限元結(jié)果的比較，提出了綜合修正系數(shù)c

4、3。討論了軸向變形的影響，給出了特例情況下的公式簡(jiǎn)化，并從動(dòng)態(tài)變形協(xié)調(diào)角度得出了同樣的計(jì)算公式。提出了集中荷載作用下的影響線求解思路。 3．梁拱組合體系的梁拱協(xié)作機(jī)理研究由結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，給出了外荷載分別作用在拱肋、主梁以及均布膜張力作用下梁拱組合體的有關(guān)計(jì)算公式，并求解出了梁拱組合體的彈性中心公式。求解出了拱梁荷載比、拱梁彎矩比的計(jì)算公式，討論了梁拱截面抗彎剛度比、吊桿拱肋等代彎矩剛度比、矢跨比、軸向變形影響系數(shù)對(duì)它們的影響曲線

5、關(guān)系。由拱梁彎矩比、主梁軸力、主梁撓度、拱肋撓度四個(gè)指標(biāo)，對(duì)剛拱柔梁、柔拱剛梁、剛拱剛梁進(jìn)行了界定，得出了界定值，認(rèn)為可將EI<,b>/EI<,a>≤1/50定義為剛拱柔梁；可將EI<,b>/EI<,a>≥20定義為柔拱剛梁，且必須將柔拱剛梁的計(jì)算模式取為朗格拱，不能僅將EI<,a>=20EI<,b>。 4．外傾式梁拱組合體系的合理傾角確定根據(jù)拱肋、主梁、吊桿的夾角關(guān)系對(duì)外傾式梁拱組合體系進(jìn)行了分類，由拱肋與豎直平面的夾角關(guān)系提

6、出了基本體系Ⅰ、由拱肋和吊桿的央角關(guān)系提出了基本體系Ⅱ。通過(guò)基本體系Ⅰ的位移、內(nèi)力影響線分析，以及梁拱結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)內(nèi)力、吊桿力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能等結(jié)構(gòu)性能指標(biāo)與拱肋傾角的關(guān)系的參數(shù)分析，得到了這些指標(biāo)與拱肋傾角的變化關(guān)系，提出了合理的拱肋傾角值，即不超過(guò)30°；通過(guò)這些指標(biāo)與吊桿夾角的關(guān)系的參數(shù)分析，得到了這些指標(biāo)與吊桿夾角的變化關(guān)系，提出了合理的吊桿夾角值為零，即拱肋外力與拱肋同平面。 5．空間多索面吊桿張拉力的確定探討了橋梁結(jié)

7、構(gòu)的合理設(shè)計(jì)狀態(tài)含義，并將其分為施工、成橋、運(yùn)營(yíng)等三個(gè)階段，論述了三個(gè)階段合理設(shè)計(jì)狀態(tài)的定義和相互關(guān)系。提出運(yùn)營(yíng)階段是橋梁合理設(shè)計(jì)狀態(tài)的核心，但由于運(yùn)營(yíng)階段的可變作用、收縮徐變等影響難于確定，實(shí)際中常常求解成橋時(shí)的合理設(shè)計(jì)狀態(tài)。提出了一種新的、借助于大型通用有限元軟件ANSYS的一階優(yōu)化算法的、能確保施工、成橋、營(yíng)運(yùn)設(shè)計(jì)受力和線型狀態(tài)合理的、根據(jù)實(shí)際施工過(guò)程全仿真的、方便處理各種非線性因素影響的成橋合理設(shè)計(jì)狀態(tài)索力(吊桿力)確定方法。這