摘 要

钢管混凝土拱桥凭借其特有的力学性能和技术优势，近年来得到了很大的发展，但其理论研究还未成熟，滞后于工程实践。在已经建造好的桥梁中暴露了诸多问题，造成了很大的经济损失和社会影响。为了确保桥梁的运营安全，必须对其服役状态下的各种运营工况进行安全性评估。

本文主要利用MIDAS-CIVIL软件，建立健跳大桥空间有限元模型，计算多种荷载组合下桥梁的结构响应(应力、位移)，与结构材料的承载力和结构刚度限值进行比较，进行安全性评估。本文主要研究内容如下；

1.健跳大桥的状况及施工过程。

2.使用MIDAS-Civil软件建立健跳大桥的空间有限元模型。

3.计算多个重要的营运荷载组合工况（恒载、车辆荷载、温升、温降等组合）的结构响应，细致分析营运典型工况下健跳大桥整体的应力和位移特点，为验证结构性维修措施奠定基础。

4.健跳大桥有限元模型分析总结及展望。

关键词 ：钢管混凝土拱桥；MIDAS-CIVIL；运营工况；安全评估

Abstract

CFST Arch Bridge with its unique mechanical properties and technological advantages, in recent years has been greatly developed, but the theory is not yet ripe, it lags behind the engineering practice. Bridges have been built in good storm drain problems, it caused great economic losses and social impacts. To ensure the operational safety of the bridge must be the safety assessment of the various operational conditions of service state.

In this paper, using MIDAS-CIVIL software to build the bridge of Jiantiao dimensional finite element model and calculate a variety of load combinations bridge structural response (stress, displacement), and the structure of the material bearing capacity and structural rigidity limits are compared for safety evaluation. The main contents are as follows;

1.Jiantiao bridge conditions and construction process.

2.Using MIDAS-Civil software to establish a space finite element model of Jiantiao Bridge.

3.Calculating a plurality of load combinations important operating conditions (constant load, the combination vehicle load, temperature, temperature drop, etc.) of the structural response, a detailed analysis of typical operating conditions Jiantiao Bridge overall stress and displacement characteristics, in order to verify measures to lay the foundation for structural repairs.

4. Finite element analysis Jiantiao Bridge Summary and Outlook.

Key words: CFST Arch Bridge; MIDAS-CIVIL; operating conditions; safety assessment

目 录

第1章 绪论 1

1.1钢管混凝土拱桥发展概况 1

1.2钢管混凝土拱桥的特点 1

1.2.1钢管混凝土拱桥力学性能方面的特点 1

1.2.2钢管混凝土拱桥造型艺术方面的特点 2

1.3 钢管混凝土拱桥的发展前景及面临问题 2

1.4本论文的主要研究内容 3

第2章 健跳大桥的概况 4

2.1 健跳大桥的状况 4

2.2 主桥施工过程 6

2.2.1 拱肋施工 6

2.2.2 横梁预制和安装 6

2.2.3 桥道系施工 6

2.2.4 桥面工程施工 7

2.3 健跳大桥技术难点及特色 7

第3章 健跳大桥有限元模型建立 8

3.1 引言 8

3.2 Midas-civil有限元软件功能与应用 8

3.3 健跳大桥有限元模型建立 8

3.3.1材料特性参数 9

3.3.2 截面特性参数 11

3.3.3 边界条件模拟 13

第四章 健跳大桥有限元计算与分析 14

4.1 引言 14

4.2 桥梁设计荷载 14

4.2.1 荷载分类 14

4.2.2 结构设计分项系数 15

4.2.3 荷载组合 15

4.2.4 健跳大桥的分项系数及荷载组合 16

4.3模型的计算 16

4.3.1 组合一（成桥）荷载作用下的结构响应计算与分析 16

4.3.2 组合二荷载作用下的结构响应计算与分析 19

4.3.3组合三荷载作用下的结构响应计算与分析 20

4.3.4组合四荷载作用下的结构响应计算与分析 22

4.3.5 组合五荷载作用下的结构响应计算与分析 24

4.3.6 数据汇总与分析 26

第5章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

参考文献 29

致谢 30

第1章 绪论

1.1钢管混凝土拱桥发展概况

拱是曲线中最优美的线型，拱承受的压力通过拱线传递到拱脚。拱在建筑中用途广泛，很久以前，我国劳动人民就逐渐认识并且开始使用拱型。拱桥作为拱的一种应用，发展历史久远，早在春秋战国时期，我国劳动人民就开始使用拱桥结构，至今已有近三千多年的历史。古时候，人们没有进行理论研究，但是人们有丰富的工程经验，有一批优秀的工匠。最为著名的就是隋唐时期的李春，他建造的赵州桥（又称安济桥）至今仍发挥作用，作为古代石拱桥的典范，赵州桥位于河北省赵县清水河上，跨度50多米，是当今世界上保存最好的单孔石拱桥。它凝聚了古代劳动人民智慧的结晶。许多西方学者认为拱桥起源于欧洲，中国拱桥的发展是西方知识输出的结果。我国学者认为中国拱桥的发展是自我形成的，当时信息交流闭塞，文化传播较难。赵州桥的建成比西方相应拱桥早了近千年。

随着材料科学的发展和社会经济的发展，材料科学的发展使拱桥的力学性能大大提高。我国拱桥从最初的石拱桥到现在的钢筋混凝土拱桥，钢拱桥和钢管混凝土拱桥。从最初石拱桥受压几兆帕到现在钢拱桥数百兆帕，承载能力有了质的飞跃，同时跨度也大大提高，从石拱桥的几十米到现在钢拱桥近千米。虽然钢管混凝土拱桥的出现不足一百年，但钢管混凝土拱桥的出现为拱桥增添了新鲜活力，注入了新鲜血液。钢管混凝土拱桥凭借其轻盈优美的造型，在现代桥梁设计中被广泛应用，尤其在城市桥梁方面，它已成为城市中靓丽的风景线。