【正文】 工階段穩(wěn)定性是關(guān)鍵性技術(shù)問題應(yīng)對(duì)各步驟的實(shí)際 結(jié)構(gòu) ，考慮幾何非線 性和物理非線性的影響，計(jì)算每一步驟的穩(wěn)定系數(shù)， 保證施工萬無一失 。 系桿拱、中承拱有較多采用的趨勢(shì) ： 系桿拱由于是無推力結(jié)構(gòu)，對(duì)墩臺(tái)要求，較低，整個(gè)橋型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、輕巧，橋面視野開闊，廣泛用于公路橋梁。在城市橋梁和平原地區(qū)通航河流上，中承拱往往頗受青睞因?yàn)樗山档蜆蚋?，矢跨比大，可減少推力；橋面 建筑 高度小，可縮短橋長(zhǎng)；造型美觀，為城鎮(zhèn)增添景色；造價(jià)也較低。目前發(fā)展趨勢(shì)較快。 鋼管混凝土拱橋迅速發(fā) 展 ： 用鋼管、或者鋼管桁架，架設(shè)成拱在鋼管內(nèi)填充砼而形成的拱橋叫鋼管砼拱橋。鋼管混凝土作為鋼 — 混凝土組臺(tái)材料的一種，一方面借助內(nèi)填混凝土提高鋼管壁受壓時(shí)的穩(wěn)定性，提高鋼管的抗腐蝕性和耐久性，另一方面借助管壁對(duì)混凝土的套箍作用。提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度和延性．將鋼材和混凝土有機(jī)組合起來；在施工方面．鋼管混凝土可利用空心鋼管作為勁性骨架甚至模板，施工吊裝重量輕，進(jìn)度快，施工用鋼量省。由于在材料和施工方法上的優(yōu)越性，將這種結(jié)構(gòu)用于以受力為主的拱橋是十分合理的。鋼管混凝土的出現(xiàn)解決了拱橋材料和施工的兩大難題。所以鋼管混 凝土拱橋目前在我國的發(fā)展勢(shì)頭迅猛。 我國拱橋的主要結(jié)構(gòu)形式有： 石拱橋是我國修建最早，類型有肋拱、板拱等 ； 鋼拱橋 ； 混凝土拱橋類型有箱形拱、桁架拱、板拱、肋拱、剛架拱、桁式組合拱、雙曲拱、系桿拱、中承式拱、鋼管混凝土拱等。其中不少橋型已居世界先進(jìn)水平。 我國拱橋的施工方法 施工方法是大跨徑拱橋最關(guān)鍵的技術(shù)。無支架施工是大跨徑拱橋的發(fā)展方向。目前我國拱橋主要施工方法有： 纜索吊裝法 : 纜索吊裝施工方法是我國修建大跨度拱橋的主要方法之一。也就是用塔架、纜索和扣索扣掛懸臂拱段，直至 合攏。我國一般采用 3～ 7 段懸拼，個(gè)別多到 11段，而且廣泛用于多孔。四川宜賓馬鳴溪金沙江大橋，為凈跨 150m 鋼筋混凝土箱拱，分 5段吊裝，塊件重達(dá) 70 噸。福建南平玉屏山大橋，凈跨 lOOm 肋拱，分5段吊裝，塊件重達(dá) 噸。四川萬縣長(zhǎng)江大橋 (L=420m)也采用纜索吊裝，分 11段，段長(zhǎng) 40m，吊重 50 余噸。 轉(zhuǎn)體施工法 : 半跨拱圈現(xiàn)場(chǎng)澆注，繞拱座作水平或豎直旋轉(zhuǎn)合攏。其中平轉(zhuǎn)施工拱橋是我國獨(dú)創(chuàng)。轉(zhuǎn)體施工法近幾年在我國發(fā)展很快，被廣泛用于拱橋施工中，且有所發(fā)展： 三峽對(duì)外公路卜的黃柏河、下牢溪大橋?yàn)橛?平衡重的平轉(zhuǎn)法，轉(zhuǎn)體總重達(dá) 3500 噸和 3600 噸，轉(zhuǎn)體重量為目前最大噸位，箕轉(zhuǎn)動(dòng)球鉸采用、下兩個(gè)經(jīng)過精 畢業(yè)論文報(bào)告 第 7 頁 共 27 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 密壓旋加工的半球型鋼板。河南安陽文峰路立交橋在橋軸線反方向預(yù)制，豎轉(zhuǎn)到要求標(biāo)高后，再平轉(zhuǎn) 180度合攏。 懸臂桁架法 ： 將拱圈、立柱、臨時(shí)或永久的斜拉桿和上弦桿組成的桁架，懸臂 施工 直至合攏。我國主要用于組合桁拱，均采用懸拼，不需臨時(shí)桿件，但要用臨時(shí)預(yù)應(yīng)力筋 ?？鐝?330m 的江界河 橋 用鋼人字桅桿作吊機(jī)，最大吊重 120 噸。 剛性 骨架和半剛性骨架法 ： 用型鋼做成拱形骨架，圍繞骨架澆注混凝土，形成拱嘲我國很少采用烈性骨架法，主要采用半剛性骨架，一般骨架合攏成拱后，分底、腹、頂板三層，自拱腳向拱頂澆注混凝土，為防止骨架失穩(wěn)，需在拱頂區(qū)段壓重，隨混凝土澆注至拱頂區(qū)段而逐步卸載。萬縣長(zhǎng)江大橋和邕寧邕江大橋，用半剛性骨架法施 工，但其骨架角隅，加直徑 40cm 的鋼管，骨架合攏后，管內(nèi)混凝土．以加大骨架剛度。萬縣長(zhǎng)江大橋采取了把每層混凝土分成 6段，對(duì)稱并同時(shí)澆筑，使骨架下?lián)暇鶆颍苊饬艘话阕怨澳_向拱頂澆筑時(shí)反復(fù)變形較大、拱頂部位需壓重及預(yù)拱度呈馬鞍形等不利因素，是該法的一次重大改進(jìn)。 拱架施工法 ： 我國主要利用貝雷架，在上弦加些小桿件形成貝雷拱架，進(jìn)行施工。如：湖南用單層貝雷拱架，并用斜拉索扣掛加勁，拼裝建成跨徑 133m 的纜子灣沅水大橋。 綜上所述可知：目前我國有許多先進(jìn)且切實(shí)可行的施工方法，況且已形成了一套有自己特色的拱橋無支架 施工方法即是以纜索吊裝為主，結(jié)合轉(zhuǎn)體施工法、半剛性骨架法及懸臂桁架法。當(dāng)然，還須進(jìn)一步發(fā)展和完善。 在設(shè)計(jì)拱橋是要樹立 資源節(jié)約 , 環(huán)境友好 ,安全舒適 ,經(jīng)濟(jì)合理 ,便于養(yǎng)護(hù) 的總體原則。 論文 簡(jiǎn)述 課題 介紹 本論文課題為 拱橋靜載受力分析和模態(tài)分析計(jì)算 。 研究的對(duì)象是系桿拱橋， 為多次超靜定的空間結(jié)構(gòu)，計(jì)算 內(nèi)容 有： 在本次建模中只在橋梁的 1/2（中跨）處， 1/4 處施加汽車荷載。 利用 Ansys 建模 ， 建模得出的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比 于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相互印證，相互提高。 建模 分析 建模的 分析 —— 橋梁在現(xiàn) 實(shí)中的 受力分析： 說明吊桿部分受拉部分受壓。最大的受拉吊桿是拱橋?qū)ΨQ中心吊桿兩側(cè)外的吊桿。 拱肋只在豎直方向上受壓力作用。 系梁在自重和汽車荷載的作用下受到拉力的作用。 通過對(duì)模型的不同位置的加載 模型在 1/2處加載時(shí)模型 1/2的豎向撓度最大。而 1/4 畢業(yè)論文報(bào)告 第 8 頁 共 27 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 處的撓度為正。而在 1/4處加載時(shí)， 1/4處的豎向撓度最大，而 1/2處為零。 總之，組合體系拱橋的受力特點(diǎn)是：拱肋受壓，系梁受拉，斜吊桿有正有負(fù)。 第二章 ANSYS 軟件建模簡(jiǎn)略介紹 ANSYS 發(fā)展 ANSYS 是一種廣泛的商業(yè)套裝工程 分析軟件。所謂工程分析軟件，主要是在機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載所出現(xiàn)的反應(yīng)，例如應(yīng)力、位移、溫度等，根據(jù)該反應(yīng)可知道機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)受到外力負(fù)載后的狀態(tài)，進(jìn)而判斷是否符合設(shè)計(jì)要求。一般機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，受的負(fù)載也相當(dāng)多，理論分析往往無法進(jìn)行。想要解答，必須先簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，采用數(shù)值模擬方法分析。由于計(jì)算機(jī)行業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)的軟件也應(yīng)運(yùn)而生， ANSYS 軟件在工程上應(yīng)用相當(dāng)廣泛，在機(jī)械、電機(jī)、土木、電子及航空等領(lǐng)域的使用，都能達(dá)到某種程度的可信度，頗獲各界好評(píng)。使用該軟件，能夠降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間。到 80 年代初期，國際上較大型的面向工程的有限元通用軟件主要有： ANSYS, NASTRAN, ASKA, ADINA, SAP 等。以 ANSYS 為代表的工程數(shù)值模擬軟件，是一個(gè)多用途的有限元法分析軟件，它從 1971 年的 版本與今天的 版本已有很大的不同，起初它僅提供結(jié)構(gòu)線性分析和熱分析，現(xiàn)在可用來求結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題的解答。它包含了前置處理、解題程序以及后置處理，將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為現(xiàn)代工程學(xué)問題必不可少的有力工具。 主要功能 及特點(diǎn) ANSYS 軟件是融 結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元軟件，可廣泛的用于核工業(yè)、鐵道、石油化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫(yī)學(xué)、水利、日用家電等一般工業(yè)及科學(xué)研究。該軟件提供了不斷改進(jìn)的功能清單，具體包括：結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計(jì)算流體力學(xué)分析、設(shè)計(jì)優(yōu)化、接觸分析、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分及利用 ANSYS 參數(shù)設(shè)計(jì)語言擴(kuò)展宏命令功能。 ANSYSDE 主要技術(shù)特點(diǎn) 是 唯一能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)及多場(chǎng)耦合分析的軟件 , 唯一實(shí)現(xiàn)前后處理、求解及多場(chǎng)分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的一體化大型 FEA 軟件 , 唯一具 有多物理場(chǎng)優(yōu)化功能的 FEA 軟件 , 唯一具有中文界面的大型通用有限元軟件 , 強(qiáng)大的非線性分析功能 , 多種求解器分別適用于不同的問題及不同的硬件配置 , 支持異種、異構(gòu)平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)浮動(dòng)，在異種、構(gòu)平臺(tái)上用戶界面統(tǒng)一數(shù)據(jù)文件全部兼容 , 強(qiáng)大的并行計(jì)算功能支持分布式并行及共享內(nèi)存式并行 , 多種自動(dòng)網(wǎng)格劃分技術(shù) , 良好的用 畢業(yè)論文報(bào)告 第 9 頁 共 27 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 戶開發(fā)環(huán)境 。 典型的分析過程 ANSYS 分析過程包含三個(gè)主要的步驟： 1 .創(chuàng)建有限元模型：創(chuàng)建或讀入限元模型；定義材料屬性；劃分網(wǎng)格 2 .施加載荷并求解：施加載荷及設(shè)定約束條件； 求解 3 .查看結(jié)果：查看分析結(jié)果；檢查結(jié)果是否正確 負(fù)載定義 及附表 ANSYS 中有不同的方法施加負(fù)載以達(dá)到分析的需要。負(fù)載可分為邊界條件（ boundary condition）和實(shí)際外力 (external force)兩大類，在不同領(lǐng)域中負(fù)載的類型有： 結(jié)構(gòu)力學(xué)：位移、集中力、壓力（分布力）、溫度（熱應(yīng)力）、重力 熱 學(xué)：溫度、熱流率、熱源、對(duì)流、無限表面 磁 學(xué)：磁聲、磁通量、磁源密度、無限表面 電 學(xué)：電位、電流、電荷、電荷密度 流體力學(xué)：速度、壓力 以特性而言，負(fù)載可分為六 大類： DOF 約束、力（集中載荷）、表面載荷、體積載荷、慣性力有耦合場(chǎng)載荷。 附表（ 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)中常用的單元類型 ） 類別 形狀和特性 單元類型 桿 普通 雙線性 LINK1,LINK8 LINK10 梁 普通 截面漸變 塑性 考慮剪切變形 BEAM3,BEAM4 BEAM54,BEAM44 BEAM23,BEAM24 BEAM188,BEAM189 管 普通 浸入 塑性 PIPE16,PIPE17,PIPE18 PIPE59 PIPE20,PIPE60 2D 實(shí)體 四邊形 三角形 超彈性單元 粘彈性 大 應(yīng)變 PLANE42,PLANE82,PLANE182 PLANE2 HYPER84,HYPER56,HYPER74 VISCO88 VISO106,VISO108 PLANE83,PPNAE25 畢業(yè)論文報(bào)告 第 10 頁 共 27 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 諧單元 P 單元 PLANE145,PLANE146 3D 實(shí)體 塊 四面體 層 各向異性 超彈性單元 粘彈性 大應(yīng)變 P 單元 SOLID45,SOLID95,SOLID73,SOLID185 SOLID92,SOLID72 SOLID46 SOLID64,SOLID65 HYPER86,HYPER58,HYPER158 VISO89 VISO107 SOLID147,SOLID148 第三章 有限元分析 模型參數(shù) 橋梁結(jié)構(gòu)模型構(gòu)造參數(shù) 如下： [1]、 吊桿：吊桿采用圓形 5? mm 黃銅桿，黃銅牌號(hào)為 H62。物理性能選取如下： 密度： 8600kg/ 3m ；泊松比： ；線膨脹系數(shù)： ? ＝ 5110C??；彈性模量： E＝ 93Gpa。 [2]、 拱肋、橫撐、系梁、橫梁拱肋、橫撐、系梁、橫梁采用圓形鋁合金材質(zhì)。其中系梁、橫截面尺寸： 38mm 25mm，厚度 2mm.。拱肋截面尺寸為 18? mm，厚度4mm，橫撐尺寸為 8? mm，厚度 1mm； 鋁合金管材物理性能選取如下：密度： 2700 kg/ 3m ，泊松比： ， 線膨脹系數(shù)： ? ＝ 5110C??，彈性模量： E＝ 70Gpa。小車輪距： 207mm 小車自重： 128kg [3]、 所用儀器設(shè)備 : 多點(diǎn)靜態(tài)應(yīng)變儀、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀、位移計(jì)、小車。 [4]、 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛨D 如下： 系梁 橫 截面 拱肋