现代木结构拱桥力学性能分析与试验研究

【摘要】现代木结构的优越性已是有目共睹,并且在国外得到了广泛的应用,然而在国内却属于新型、稀奇结构,尤其是重型木结构实为少数。本文首先结合我国森林资源、市场需求等情况分析了现代木结构在我国发展的前景,认为现代木结构在我国的发展是可行的,同时也是必要的。其次以中南林业科技大学所建张家界现代木结构拱桥为依托,利用有限元软件,计算分析了各种荷载组合下该桥力学性能及其稳定性,探索了中国人行天桥对其适用性,同时结合静载试验对该桥施工质量、承载能力力以及运营情况作了评定。然后通过改变边界条件将原结构改为无铰拱桥,研究了边界条件对结构静力性能的影响；并以边界条件、拱肋刚度、横向联系布置及其刚度等因素为参数,研究了该桥自振特性的参数敏感性。研究分析结果表明：(1)张家界现代木结构拱桥恒载相对于活载比例小,活载对该桥作用效应较明显,结构受力和变形较为合理,各种荷载组合下稳定性能较好；该桥依据美国现代木结构设计规范设计,但其强度和刚度能够满足我国人行天桥设计规范的要求。(2)荷载试验表明该桥施工质量以及运营状态较好,具有良好的动力特性。(3)该桥拱肋同时承受轴力和弯矩,轴力图和弯矩图在拱肋与立柱连接处发生变化。轴力从拱脚到拱顶逐渐减小。纵梁弯矩及轴力在横梁处分割成段,每段弯矩图与简支梁在均布荷载作用下弯矩图相似。(4)相对于该桥结构形式而言,无铰拱桥在变形、受力上更为合理,使得国内强度等级稍低的木材作为大跨度重型木结构用材成为可能,然而三铰拱桥在材料加工、制作及其运输与拼装等方面占据优势,因此该桥最终选取三铰拱桥的结构形式。(5)拱肋和横向联系的刚度对结构自振特性影响不明显,边界条件和横向联系的布置分别对现代木结构拱桥面内和面外的振动频率与振型序列影响较为突出。
【作者】张大海；
【导师】周先雁；
【作者基本信息】中南林业科技大学，结构工程，2014，硕士
【关键词】现代木结构；静力特性；动力特性；稳定性；荷载试验；

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