论文部分内容阅读
随着经济的高速发展和城市化的迅速推进，现代化的高等级公路及城市立交系统也随之蓬勃发展;其中曲线梁桥因其特殊的线型及超强的地形适应能力，而被人们广泛应用于现代交通设施的建设中。曲线梁桥相较于直线梁桥，在结构受力上不仅有弯矩和剪力，而且有较大的扭矩以及存在“弯扭耦合”现象。在曲线梁桥大量应用的过程中，国内外的学者专家对其展开了大量系统性的分析及研究，主要衍生了三种计算分析理论，分别为解析法、半解析法以及数值法，其中在实际工程上运用最多的是数值方法;而在数值方法中有限单元法的应用最为广泛，特别是基于有限单元法开发的大型有限元软件在工程中的应用，加快了现代桥梁的发展。
在曲线梁桥的有限元分析中，应用最多的方法是用直线梁单元近似模拟曲线梁段展开分析，但这种方法忽略了曲线梁在变形及力学上特性，所得结果有一定误差。而且往往为提高计算精度需大量划分单元，这在某种程度上也增加了设计者的工作量。因此本文就直接用曲线梁单元模拟曲线梁段展开研究，这种方法不仅可以提高工作效率，也可以提高计算结果的精度，具体的研究内容如下:
(1)阐述了国内外曲线桥梁的应用和发展现状，就曲线桥梁的受力特性及理论计算方法展开论述。
(2)从曲线梁的空间受力出发，运用能量法，推导出考虑截面形心与剪心位置不重合的等截面曲线梁单元的刚度矩阵，以及这种单元在12种类型空间荷载作用下的等效节点荷载矩阵;结合Fortran语言，编制出曲线梁在空间荷载作用下的静力分析程序，并通过6个简单的算例分析，对比本文程序、解析方法以及MIDAS/Civil软件的计算结果，证明了理论推导及程序编制过程的正确性。
(3)结合工程实例，运用本文程序中的曲线梁单元及MIDAS/civil软件中的梁单元对其分别建模，当桥梁在自重荷载及车道荷载作用下时，两种计算方法所得结果基本一致，但存在用直梁模拟曲梁时，计算的扭矩结果偏小。这证明了本文程序具有在实际工程中运用的实用性和精确性。
(4)运用本文程序，就截面剪心与形心位置差异、跨径、圆心角及曲率半径、高跨比以及宽跨比等几个参数对曲线桥展开分析:得出了当考虑截面剪心与形心位置差异时，截面的扭矩会相应的减少，并且存在轴向及横向的剪力;在跨径、圆心角及曲率半径的分析中得出圆心角的变化是影响曲线桥受力的关键因素;提高高跨比能有效的提高曲梁的稳定性;提高宽跨比能有效提高截面的抗扭性能。
在曲线梁桥的有限元分析中，应用最多的方法是用直线梁单元近似模拟曲线梁段展开分析，但这种方法忽略了曲线梁在变形及力学上特性，所得结果有一定误差。而且往往为提高计算精度需大量划分单元，这在某种程度上也增加了设计者的工作量。因此本文就直接用曲线梁单元模拟曲线梁段展开研究，这种方法不仅可以提高工作效率，也可以提高计算结果的精度，具体的研究内容如下:
(1)阐述了国内外曲线桥梁的应用和发展现状，就曲线桥梁的受力特性及理论计算方法展开论述。
(2)从曲线梁的空间受力出发，运用能量法，推导出考虑截面形心与剪心位置不重合的等截面曲线梁单元的刚度矩阵，以及这种单元在12种类型空间荷载作用下的等效节点荷载矩阵;结合Fortran语言，编制出曲线梁在空间荷载作用下的静力分析程序，并通过6个简单的算例分析，对比本文程序、解析方法以及MIDAS/Civil软件的计算结果，证明了理论推导及程序编制过程的正确性。
(3)结合工程实例，运用本文程序中的曲线梁单元及MIDAS/civil软件中的梁单元对其分别建模，当桥梁在自重荷载及车道荷载作用下时，两种计算方法所得结果基本一致，但存在用直梁模拟曲梁时，计算的扭矩结果偏小。这证明了本文程序具有在实际工程中运用的实用性和精确性。
(4)运用本文程序，就截面剪心与形心位置差异、跨径、圆心角及曲率半径、高跨比以及宽跨比等几个参数对曲线桥展开分析:得出了当考虑截面剪心与形心位置差异时，截面的扭矩会相应的减少，并且存在轴向及横向的剪力;在跨径、圆心角及曲率半径的分析中得出圆心角的变化是影响曲线桥受力的关键因素;提高高跨比能有效的提高曲梁的稳定性;提高宽跨比能有效提高截面的抗扭性能。