高跨比对拱结构内力与位移影响的数值模拟研究

本文主要探讨了拱结构数值模拟分析的关键技术，作者张恩辰和李宏来自合肥工业大学土木建筑工程学院，他们针对拱桥这种在公路桥梁体系中广泛应用的结构类型进行了深入研究。拱桥与梁桥的主要区别在于受力性能，拱结构在竖向荷载下会产生水平推力，这使得其弯矩显著小于梁桥，且拱的内力和位移受高跨比影响显著。高跨比，即拱的高度与跨度的比例，对于结构的稳定性、位移和内力分布有着重要影响。 研究者使用MIDAS/CIVIL这一通用的有限元分析软件，对三种具有不同高跨比（1：4，1：5，1：7）的拱结构进行了实体建模。有限元方法是一种将连续结构分解为若干个相互独立的子区域（单元）进行近似求解的方法。在这个过程中，作者首先定义了单元内的近似解，并用少量未知参数描述单元行为，然后通过单元间的连接条件和边界条件，建立起整体系统的方程组，进而求解未知参数，得到节点位移、内力和变形等关键数据。 在算例部分，作者详细展示了如何使用MIDAS/CIVIL软件进行实体建模，包括模型化、离散化、选择位移模式、单元特性分析、集成单刚矩阵形成整体平衡方程组以及最终的求解过程。通过对比分析不同高跨比拱结构的计算结果，本文旨在揭示高跨比对拱结构性能的实际影响，为拱桥设计提供重要的数值依据，有助于提高桥梁工程的安全性和经济性。因此，本文不仅提供了实用的数值模拟工具应用方法，还对拱结构设计中的关键技术进行了深入探讨，对于从事桥梁工程和结构分析的学者具有较高的参考价值。