【正文】 北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）i覆土波紋鋼板拱橋動(dòng)力及穩(wěn)定性有限元研究畢業(yè)論文目　　　　錄第一章 緒論 ................................................1 引言 ..................................................1 研究背景 ..............................................4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................4 研究?jī)?nèi)容及方法 ...................................6第二章 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 ............................................8 剛度等效 ..............................................8 截面特性計(jì)算方法 .................................8 剛度等效方法 ....................................10 回填土模型簡(jiǎn)化 .......................................12第三章 建立 ANSYS 模型 .....................................14 ANSYS 簡(jiǎn)介 ...........................................14 ANSYS 軟件提供的分析類型 .........................14 ANSYS 的后處理模塊 ...............................16 有限元法簡(jiǎn)介 .........................................17 有限元模型建立 .......................................18 建立整體效果模型 ................................19 建立簡(jiǎn)化分析模型 ................................19第四章 計(jì)算分析 ...........................................24 靜力驗(yàn)算 .............................................24 動(dòng)力分析 .............................................27 穩(wěn)定分析 .............................................32 對(duì)比分析 .............................................35 不等高回填 ......................................36 固定支座 ........................................37 4mm 厚波紋鋼板 ...................................37第五章 結(jié)論與展望 .........................................39北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）ii 結(jié)論 .................................................39 展望 .................................................39參考文獻(xiàn) .....................................................41摘要：覆土波紋鋼板結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為了一種經(jīng)濟(jì)的能很好的替代傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的替代品。大量的覆土波紋鋼板結(jié)構(gòu)遍布世界。我國(guó)對(duì)這種橋梁的設(shè)計(jì)主要參考國(guó)外規(guī)范。因此對(duì)該類型結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力及穩(wěn)定性能分析在我國(guó)波紋鋼板橋設(shè)計(jì)研究方面具有重要意義。本文以內(nèi)蒙覆土波紋鋼板拱橋?qū)嶋H工程為例，通過(guò)波紋板的剛度等效建立了的二維有限元模型，考慮土鋼結(jié)構(gòu)共同作用，將施工各階段的動(dòng)力及穩(wěn)定性能進(jìn)行分析，總結(jié)變化規(guī)律。探索失穩(wěn)模態(tài)，找出失穩(wěn)關(guān)鍵階段以及失穩(wěn)點(diǎn)。做出不同覆土回填方式、不同拱腳連接方式、不同厚度波紋鋼板的對(duì)比，找出其中的差距，分析原因。研究表明：簡(jiǎn)化模型可以滿足工程精度要求；將土體簡(jiǎn)化為平面實(shí)體的有限元模型可以考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用，但土的種類有多種，應(yīng)進(jìn)一步研究土體材料參數(shù)選擇和土與結(jié)構(gòu)界面處理。關(guān)鍵詞：波紋鋼 振動(dòng) 穩(wěn)定 土鋼結(jié)構(gòu)北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）iiiABSTRACT:Buried corrugated steel arch bridges have been successfully used as a cheap alternative to the conventional steel or reinforced/prestressed concrete bridges. A considerable number of these structures are spread all over the word. This kind of bridge design method depends on foreign code in our country. But most of currently used procedures neglect or approximate the soil—structure interaction. Therefore, it is of great importance that the structure of the type of dynamic and stability analysis of corrugated steel bridge design in our research. In this study, the model of a Buried corrugated steel arch bridge being designed in Inner Mongolia are performed. Considering the soilsteel structure interaction, Will power the various stages of construction and stability analysis, summary of changes. Explore the instability modes, find out key stages to instability and instability point. Using the different soil backfill method, different connection of arch foot, different thickness of Corrugated steel plate, and making parative analysis. Finding out the gap, analyzing the reasons..The study shows that the results of equivalent stiffness model are accurate enough for design. However, there are a variety of soil types, should do more research on soil material parameter selection and processing of soilstructure interface.KEYWORDS: corrugated steel vibration stability soil—structure interaction北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）iv序近年來(lái)，伴隨著高等級(jí)公路建設(shè)里程的不斷增加和國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)力的提高，一些新型結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料，正層出不窮地應(yīng)用到公路建設(shè)中。涵洞及小橋是公路和鐵路工程中的重要組成部分之一，在工程造價(jià)上，占有相當(dāng)?shù)谋戎?。?jù)統(tǒng)計(jì)：小橋涵工程數(shù)量約占橋涵總數(shù)的70～80％，平原地區(qū)，每公里平均約有 1～3 道(座)，山嶺重丘地區(qū)，每公里平均約有 4～6 道(座)，小橋涵工程造價(jià)約占橋涵總額的 50％以上。目前的小橋涵絕大部分為圬工或混凝土結(jié)構(gòu)，其缺點(diǎn)是施工工序繁瑣、周期長(zhǎng)，而且在使用過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)混凝土板裂縫、基礎(chǔ)下沉或裂縫等病害，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。覆土波紋鋼板小橋是一種比普通混凝土結(jié)構(gòu)有很大優(yōu)越性的新型結(jié)構(gòu)橋梁。用波紋鋼板建設(shè)成拱，并在上面覆土形成道路的小橋涵叫覆土波紋鋼板小橋。盡管覆土波紋板結(jié)構(gòu)橋梁相對(duì)經(jīng)濟(jì)而且便于施工，但它卻難于用數(shù)學(xué)模型精確分析，這正是人們不能很好理解其動(dòng)力及穩(wěn)定性能的主要原因。我校和內(nèi)蒙古交通設(shè)計(jì)研究院共同參與了西部交通科技項(xiàng)目——波紋鋼板覆土小橋設(shè)計(jì)與力學(xué)分析。我校參與了內(nèi)蒙錫盟國(guó)道 207 桑根達(dá)來(lái)至寶昌段 K199+480 小橋的設(shè)計(jì)工作，并根據(jù)此工程的設(shè)計(jì)工作，探索這種新型組合結(jié)構(gòu)橋梁的動(dòng)力及穩(wěn)定性能。國(guó)際上對(duì)覆土波紋板小橋的動(dòng)力及穩(wěn)定性能分析并不深入，我國(guó)對(duì)其研究則剛剛起步，對(duì)于此種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)往往依靠經(jīng)驗(yàn)或者憑借直覺(jué)。盡管這種結(jié)構(gòu)應(yīng)用廣泛，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卻往往憑經(jīng)驗(yàn)。這種新型的橋涵結(jié)構(gòu)在世界上尚無(wú)準(zhǔn)確的計(jì)算分析方法。北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）v北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第一章 緒論 引言從鋼材工人 J．H．Waston 于 1886 年在美國(guó)申請(qǐng)波紋鋼管的專利算起，波紋鋼這種結(jié)構(gòu)在世界上已有 100 多年的歷史了。盡管 Watson 生前極力地推廣這種新型結(jié)構(gòu)，但是直到他去世時(shí)，這種結(jié)構(gòu)的使用效果仍不明朗，因而未得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。1892 年，’Neill 買(mǎi)斷了波紋鋼的專利并建立了第一家專門(mén)生產(chǎn)道路的商業(yè)波紋鋼管的工廠，從此，波紋鋼管產(chǎn)品開(kāi)始在全世界得到大量使用。1896 年，美國(guó)交通部率先進(jìn)行了波紋鋼板的通道、涵洞的可行性研究，并首先應(yīng)用于公路涵洞。1913 年，首條拼裝式結(jié)構(gòu)板波紋鋼管涵洞應(yīng)用于英國(guó)蘭愛(ài)丁堡近郊的農(nóng)田灌溉，1923 年，美國(guó)鐵路工程協(xié)會(huì)在伊利諾斯州中央鐵路進(jìn)行的測(cè)試；1929 年加拿大首座波紋管應(yīng)用于一煤礦中；1931 年澳大利亞首次建成 8m 汽車通道一座；1979 年加拿大《安大略省公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(Ontario Highway Bridge Design Code)，1990 年《日本高速公路設(shè)計(jì)規(guī)范》制定了波紋管設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范。韓國(guó)自1997 年開(kāi)始研究應(yīng)用鋼波紋管涵洞，經(jīng)過(guò)吸收國(guó)外的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，到 2022 在韓國(guó)相繼修建了 700 余處波紋鋼板涵洞。隨著波紋管在世界各地安裝使用，證明此種結(jié)構(gòu)物在各種使用情況的通用性，而且其壽命已超過(guò)了設(shè)計(jì)壽命。在美國(guó)、加拿大等一些發(fā)達(dá)國(guó)家，波紋管涵已被廣泛應(yīng)用于公路工程，并制定了相應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造及施工安裝手冊(cè)，積累了較為成熟的波紋管涵的設(shè)計(jì)理論及修建經(jīng)驗(yàn)。尤其是在加拿大、美國(guó)等分布有多年凍土的國(guó)家，由于其良好的散熱性能、較強(qiáng)的變形適應(yīng)能力，更成為涵洞與管道修筑的主要形式，已廣泛的應(yīng)用于道路工程。我國(guó)于二十世紀(jì) 50 年代修建青藏公路不凍泉段時(shí)曾將波紋管涵應(yīng)用于搶修工程，到 70 年代開(kāi)挖時(shí)發(fā)現(xiàn)其使用狀況良好。1997—1999 年在青藏公路的修筑中，多年凍土地段通過(guò)采用鋼波紋管涵洞這種新型結(jié)構(gòu)，較好的解決了寒區(qū)因融沉與凍脹導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)破壞。近幾年來(lái)，青海、內(nèi)蒙、西藏、黑龍江等省市也開(kāi)始在公路中使用鋼波紋板管涵。相較其它材料，波紋鋼管具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在強(qiáng)重比，抗破壞性，耐火性，耐腐蝕性，安裝便利性，無(wú)需養(yǎng)護(hù)，對(duì)各種環(huán)境的適應(yīng)性。運(yùn)用多層復(fù)合板技術(shù)，波紋鋼管可以廣泛地使用在各種尺寸與形狀的結(jié)構(gòu)物中。在工廠中，特大的波紋鋼被加工成結(jié)構(gòu)板，再經(jīng)過(guò)成形與鍍漆。便利的整捆分發(fā)方式，鋼板很容易被接成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。(1)耐久性：波紋鋼板具有很長(zhǎng)的使用年限。(2)全天候的安裝施工：天氣不是障礙，波紋鋼板可以適應(yīng)北極的冰北京交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2冷和沙漠的炎熱。(3)設(shè)計(jì)的多功能性：預(yù)制的檢修孔，拱肩和零件都可以拆開(kāi)來(lái)水運(yùn)，結(jié)構(gòu)質(zhì)輕且易于控制。(4)強(qiáng)度：大量的研究項(xiàng)目證實(shí)了土–鋼共同作用的概念，通過(guò)恰當(dāng)設(shè)計(jì)與安裝彈性管系統(tǒng)，荷載被有效地傳遞到了土層。(5)適