大跨径钢管混凝土拱桥非线性静风稳定性研究与数值模拟

本文主要探讨了大跨径钢管混凝土拱桥的非线性静风稳定性问题，针对这类桥梁结构的独特特性，研究者陈峰和胡大琳采用理论分析与数值计算相结合的方法进行了深入探究。首先，他们运用虚功原理对钢管混凝土拱桥的几何非线性问题进行了有限元分析，这是关键的数学工具，它允许在不完全线性情况下处理结构的响应，包括切线和割线刚度阵的推导，这些矩阵在计算过程中起到支撑作用。 接着，他们考虑了静风荷载与结构非线性效应的综合影响，采用了增量法和内外两重循环相结合的方法，这种方法有助于准确地寻找在不同风速下，结构达到变形平衡状态的位置。这种方法确保了对动态响应的精细模拟，尤其是在接近失稳点时，能够提供更为精确的结果。 通过非线性全过程分析，研究人员获得了结构在整个失稳过程中的变形曲线，以及临界风速的数值，这是评估桥梁安全的重要参数。此外，他们还开发了一套计算程序，以自动化这一复杂的过程，提高了分析效率。 最后，实桥数值分析结果显示，大跨径钢管混凝土拱桥在静风条件下的失稳形式表现为桥面弯扭耦合的失稳形态，这表明风荷载不仅影响桥梁的弯曲，还会引起扭转，二者共同作用可能导致结构失稳。这一发现对于设计和维护此类桥梁具有重要的工程实践意义，它强调了在设计阶段必须充分考虑风荷载及其对结构稳定性的影响，以确保桥梁在极端气候条件下仍能保持安全稳定。