为结构性维修服务的健跳大桥细部结构有限元分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

健跳大桥位于浙江省台州三门县224省道 ，主桥为一跨245m中承式钢管混凝土肋拱桥，矢跨比1/5，矢高49m，拱轴线为二次抛物线；主桥现状照片如图1所示。

图1 健跳大桥现状

拱肋为等高等宽的钢管混凝土桁构，上下弦杆断面为平放的哑铃形，主拱肋由q345c螺旋焊管而成，圆管外径为800mm，壁厚除拱脚埋设段和起拱线以上20米范围内为16mm，其它为14mm。竖向钢管间设竖直腹杆和斜杆，腹杆外径均为350mm，壁厚为12mm，腹杆成对设置，分别与弦杆的圆管直接相连。水平两钢管间净距为300mm，之间设缀板连成一体，缀板为厚度12mm的钢板。拱肋截面总高度为4.4米，总宽1.9米。拱脚起拱线以上16.766m范围，沿桁构外面用50号钢筋混凝土外包，形成一高4.8m宽2.3m的钢筋混凝土箱肋断面（外包段增设剪力键，并对配筋进行了调整，拱脚预埋筋加长）。弦杆与腹杆通过直接焊接而连接，腹杆不穿入弦杆，腹杆和水平面的夹角不大于60，且不小于30。拱肋主要材料规格为：上、下弦杆主管、腹杆和缀板、横联均采用16mn钢，上、下弦杆主管内、横联缀板腔均充填c50微膨胀混凝土。全桥共设7道钢管空间桁式横向联结系，桥面以上有5道，桥面以下有2道。拱肋结构示意如图2所示。

2. 研究的基本内容与方案

针对健跳大桥这一特大型中承式钢管混凝土拱桥，使用ANSYS有限元软件建立健跳大桥拱脚处和跨中吊杆吊点处（这两处结构构造和受力最复杂）的实体有限元模型，细致分析营运典型工况及维修期换索工况下健跳大桥拱脚处和跨中吊杆吊点处的位移和应力，为验证结构性维修措施奠定基础。

依照“从整体到局部”的分析方法，首先利用桥梁专业分析软件Midas/Civil建立全桥整体杆系模型，充分把握结构全局受力状态，并提取拱脚局部、跨中吊杆吊点模型截断处的内力值，作为局部实体模型的外荷载；再利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立拱脚处、跨中吊杆吊点处的局部空间模型，在实体建模过程中，根据圣维南原理，为消除边界效应，拟将截断截面向分析的局部两端延伸足够的长度。计算模型采用三维实体单元模拟混凝土结构，用壳单元模拟钢拱肋结构，并采用疏密过渡的网格划分方法对结构进行离散。使用Midas/Civil计算的整体内力对局部有限元模型加载，计算并系统分析这两个重点部位的位移和应力状态。

3. 研究计划与安排

第1~3周 根据任务书要求，撰写开题报告，完成英文文献翻译；

第4周 阅读、消化健跳大桥的资料和图纸；

第5周 学习使用midas-civil空间有限元软件，完成若干例题；

第6~10周 使用ansys有限元软件建立健跳大桥拱脚处和跨中吊杆吊点处的实体有限元模型，使用midas-civil计算的整体内力对局部有限元模型加载，计算这两个重点部位的位移和应力状态；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 高晨珂，金辉，徐岳，中下承式钢管混凝土拱桥吊杆更换的索力监控[j]，中外公路，2014,34（1），190~193

[2] 胡免缢，周水兴，浙江三门健跳大桥桥面板计算[j]，公路交通技术，2002，（3），37~40

[3] 周水兴，浙江三门健跳大桥拱肋安装与施工控制计算[j]，重庆交通学院学报，2002,21（2），1~5

[4] 孙东生，钢管砼拱桥部件权重调整与综合评定方法研究[m]，重庆交通大学，2011。