長期偏載作用下的鋼管混凝土拱橋設計與結構安全穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著我國海上原油運輸量的增加，鋼管混凝土拱橋在原油碼頭橋梁建設中應用越來越多，原油碼頭鋼棧橋不但承擔輸油管道荷載，同時也承擔著簡單的交通車輛荷載，兩種荷載處于橫向非對稱狀態(tài)，使得鋼管混凝土拱橋長期承受著偏載作用。因此對該類橋梁的設計就提出了新的要求，對其進行理論設計和結構穩(wěn)定方面的研究有著非常重要的工程指導意義。
　　本文以我國營口港仙人島港區(qū)2＃原油碼頭鋼管混凝土拱橋為工程背景，利用Midas Civil軟件，建立有限元分析模型

2、，對結構進行設計驗算和動力特性分析；通過對該橋輸入不同方向的地震波，進行抗震驗算分析，評價其抗震能力；對該鋼管混凝土拱橋的穩(wěn)定性影響因素進行研究，尤其是對橫撐的布置方式進行了不同設計方案的對比計算分析，提出了合理的布置方式；進行了實橋試驗測試，將荷載試驗結果與理論計算值進行了對比分析，驗證評估了橋梁結構的安全性和可靠性。為此類鋼管混凝土拱橋在安全性、可靠性和穩(wěn)定性設計及結構分析方面提供借鑒和參考，具有廣泛的工程指導意義。
　　通過

3、分析研究，本文得出以下結論和建議：
　?。?）經(jīng)驗算，主要受力構件拱肋、系桿、吊桿的強度和剛度，整體穩(wěn)定性均滿足相關的設計規(guī)范。從動力特性分析和抗震驗算分析結果可以看出，結構的動力參數(shù)，動剛度和動應力滿足相關規(guī)范要求。在豎橋向地震波作用下，單向活動鉸處支座水平位移較大，建議設置防震擋塊。
　?。?）鋼管混凝土拱橋的面外失穩(wěn)先于面內(nèi)失穩(wěn)。由于偏載作用，失穩(wěn)模態(tài)都有向右側彎曲或向右側扭轉的趨勢。拱肋剛度、系桿剛度、吊桿剛度對鋼管

4、混凝土拱橋的穩(wěn)定系數(shù)影響依次減小，系桿剛度和吊桿剛度主要影響鋼管混凝土拱橋的面內(nèi)穩(wěn)定，橫撐主要影響鋼管混凝土拱橋的面外穩(wěn)定。
　　（3）通過對不同的橫撐布置方式驗算對比分析，結果表明，“X”型撐和“K”型撐對鋼管混凝土拱橋橫向穩(wěn)定性影響顯著，明顯優(yōu)于“Ⅰ”型撐。端橫撐和拱頂橫撐的剛度對穩(wěn)定系數(shù)的貢獻顯著。進行鋼管混凝土拱橋的橫撐設計時，應綜合考慮橫撐的類型和位置，對不同類型的橫撐組合使用，才能使橫撐充分發(fā)揮作用。
　?。?）

5、理論計算值與荷載試驗實測值對比分析表明，偏載作用下，管道側的應力和位移均較行車道側大，結構處于偏壓狀態(tài)。但橋梁結構整體靜力和動力性能良好，說明該橋設計計算方案合理、可靠。該設計方案對同類型橋梁設計、施工具有借鑒和工程指導意義。
　?。?）由于長期偏載作用，在設計荷載下，右側拱肋最大組合應力比左側大12.3％，右側拱肋最大位移比左側大6.6%；在地震波作用下，右側拱肋最大位移比左側大19.3%，右側拱肋最大組合應力比左側大23.5%