拱橋的主要受力構(gòu)件為主拱圈,而主拱圈的內(nèi)力分布和拱軸線形狀密切相關(guān)。根據(jù)拱上建筑的布置情況選擇合理的拱軸線,盡可能地減小主拱圈彎矩,使主拱圈主要受壓以充分利用材料的抗壓性能。通過優(yōu)化分析使得拱軸線與結(jié)構(gòu)壓力線盡可能的吻合,從而減小主拱圈彎矩。本文結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析方法,針對(duì)基于無鉸拱模型拱橋拱軸線優(yōu)化在拱腳優(yōu)化效果不好的情況,提出基于對(duì)應(yīng)兩鉸拱模型的拱橋拱軸線優(yōu)化方法。以某下承式鋼管混凝土拱橋?yàn)楣こ瘫尘?運(yùn)用ANSYS有限元軟件和MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)拱橋拱軸線優(yōu)化。首先,選擇合適的有限元單元對(duì)鋼管混凝土拱橋拱肋、縱梁、橫梁、吊桿、系桿、風(fēng)撐、墩柱等進(jìn)行模擬,并分析在結(jié)構(gòu)自重荷載作用下拱橋的內(nèi)力分布以及撓度情況。其次,以拱肋各節(jié)點(diǎn)的縱坐標(biāo)為設(shè)計(jì)變量,運(yùn)用ANSYS中APDL參數(shù)化建立拱橋?qū)?yīng)的兩鉸拱模型。在優(yōu)化模塊中設(shè)置優(yōu)化三大變量,拱肋各節(jié)點(diǎn)的縱坐標(biāo)為設(shè)計(jì)變量,拱肋應(yīng)力與最大撓度值為狀態(tài)變量,拱肋的彎曲應(yīng)變能為目標(biāo)函數(shù)。選擇一階方法搜索目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)解。提取優(yōu)化分析后彎曲應(yīng)變能最小時(shí)的拱肋各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo),由于這些點(diǎn)的連線為折線,所以運(yùn)用MATLAB程序編寫四次拋物線擬合程序?qū)υ撓盗须x散點(diǎn)... 

【文章來源】：武漢理工大學(xué)湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

阿瑞凱比克橋

比如鋼管混凝土拱橋、鋼拱橋以及眾多新穎的組合體系拱橋[10]。(1) 石拱橋拱橋遍布在山谷、河流等各種地形中，樣式各異，造型優(yōu)美，與周圍環(huán)境完美融合。石拱橋作為拱橋最原始的形態(tài)，許多石拱橋是具有欣賞價(jià)值的建筑藝術(shù)品，蘊(yùn)含著鮮明的時(shí)代特色，直到現(xiàn)在依舊為人類贊嘆不已。公元前1300-1190 年，在希臘邁錫尼修建的 Arkadiko Bridge 是世界上現(xiàn)存最古老的石拱橋。該拱橋長(zhǎng) 22m，高 4m，跨度約 2m，橫截面上窄下寬，頂部寬約 2.5m，底部寬約 5.6m，如圖 1-1 所示[1]。

1937 年建成的天津大紅橋，是中國(guó)最早的鋼拱橋，全長(zhǎng) 80.24m，由三孔組成，最大跨徑是中孔的 57.37m。早期由于鋼拱橋用鋼量較大，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高，而中國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)落后，所以鋼拱橋的發(fā)展受到約束。隨著改革開放，中國(guó)工業(yè)的發(fā)展，鋼材的強(qiáng)度、韌性的改進(jìn)，使鋼材質(zhì)量、種類和產(chǎn)量都不斷提高，鋼材在拱橋中應(yīng)用也不斷發(fā)展。2003 年，上海盧浦大橋[6]的建成，該橋是中承式拱梁結(jié)合體系鋼拱橋，兩邊跨是100m上承式拱梁結(jié)構(gòu)，中跨550m，矢跨比為 1/5.5。2009年的重慶朝天門大橋[7]，主跨 552m，超越盧浦大橋成為“世 界第一拱橋” ，使我國(guó)拱橋跨徑重新刷新。該橋?yàn)橹谐惺戒撹爝B續(xù)系桿拱橋，上層橋面是雙向六車道，下層橋面在兩側(cè)預(yù)留汽車車道之間有雙線城市軌道交通。主橋長(zhǎng) 923m，跨徑布置為 190m+552m+190m，中跨矢跨比為 1/4.31，如圖 1-4所示。雖然鋼拱橋在中國(guó)的起步相對(duì)較晚，但近幾年發(fā)展迅速，不僅是數(shù)量的增多，跨徑也在不斷突破，施工技術(shù)也在不斷進(jìn)步，如今已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國(guó)鋼管混凝土拱橋應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J]. 陳寶春,韋建剛,周俊,劉君平.  土木工程學(xué)報(bào). 2017(06)
[2]我國(guó)大跨徑混凝土拱橋的發(fā)展新趨勢(shì)[J]. 鄭皆連.  重慶交通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2016(S1)
[3]混凝土系桿拱橋優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 喬建東,吳慧山,楊偉.  西南交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2015(02)
[4]剛性系桿拱橋成橋吊桿索力優(yōu)化方法的適用性研究[J]. 傅金龍,黃天立.  鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào). 2014(04)
[5]考慮幾何非線性的新型索拱橋拱軸線優(yōu)化[J]. 胡常福,鄭恒,任偉新,上官興.  土木建筑與環(huán)境工程. 2014(04)
[6]新型索拱橋索力與拱軸線雙優(yōu)化實(shí)用方法[J]. 胡常福,鄭恒,任偉新,上官興.  中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(07)
[7]鋼箱砼組合拱橋的拱軸線優(yōu)化算法研究[J]. 宰國(guó)軍,周志祥.  土木建筑與環(huán)境工程. 2014(S1)
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[9]哈大高速鐵路鋼箱疊合拱橋拱腳局部應(yīng)力分析[J]. 夏超逸,雷俊卿.  北京交通大學(xué)學(xué)報(bào). 2010(04)
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博士論文
[1]在役石拱橋評(píng)估與加固關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 郭風(fēng)琪.中南大學(xué) 2012
[2]基于遺傳算法的連續(xù)梁橋優(yōu)化設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用研究[D]. 唐海紅.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2009

碩士論文
[1]基于安全富余度的不對(duì)稱連續(xù)剛構(gòu)橋優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 李亮.重慶交通大學(xué) 2016
[2]考慮顫振及靜力剛度約束的懸索橋優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[D]. 歐陽濤.中南大學(xué) 2014
[3]鋼拱橋極限跨徑研究[D]. 王劍.重慶交通大學(xué) 2012
[4]鋼管混凝土提籃拱橋索力優(yōu)化及線形控制研究[D]. 孫松.長(zhǎng)安大學(xué) 2012
[5]優(yōu)化理論及ANSYS程序在橋梁優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[D]. 鄧楊芳.重慶交通大學(xué) 2009
[6]大跨度鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)研究[D]. 張仁根.浙江大學(xué) 2008



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