摘要：为了得到下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法,建立了恒载作用模式和合理拱轴线微分方程,得到合理拱轴线的解析解;在解析解的基础上,定义了主拱恒载占比系数,得到了基于矢跨比和主拱恒载占比系数的合理拱轴线快速求解计算方法;采用拱桥设计规范、工程案例与相关研究成果,验证了本文方法的可靠性。研究结果表明:下承式拱桥的恒载作用模式可等效为连续均布恒载+主拱恒载的形式,合理拱轴线为悬链线,相应的拱轴系数由矢跨比和主拱恒载占比系数共同决定;拟合出的不同矢跨比下的拱轴系数与主拱恒载占比系数的函数关系式为线性相关关系,决定系数大于0.99,说明拟合公式准确;工程中下承式拱桥矢跨比范围为1/3~1/8,相应的拱轴系数范围为1.000~1.792,常见的矢跨比范围为1/4~1/5,相应的拱轴系数范围为1.000~1.465,与工程案例中拱轴系数统计结果的吻合度较高,说明计算结果可靠;工程中常见主拱恒载占比系数范围为0.1~0.5,对应的拱轴系数范围为1.102~1.364,与拱桥设计规范中的取值范围接近,证明了规范取值的合理性;当主拱恒载占比系数小于0.5且矢跨比小于1/7,或主拱恒载占比系数小于0.1时,拱轴系数接近于1.000,即合理拱轴线可采用二次抛物线;利用查表法或简化公式法,可以快速求得合理拱轴线方程;与已有研究成果相比较,主拱截面弯矩、偏心距和偏心距平方和的偏差均在5%以内,证明了本文计算方法的正确性。

摘要：偏压隧道是工程中常见的一种隧道形式,隧道的断面形状会影响到衬砌结构受力性能和围岩的稳定性。针对偏压隧道的断面形状优化设计,基于衬砌合理拱轴线,开展偏压隧道最优断面形状的研究。根据偏压隧道的工程特点,建立初始断面形状为圆形的偏压隧道有限元模型,计算得到隧道衬砌的弯矩、轴力和偏心距。进一步,以偏心距最小作为目标函数,通过反复调整衬砌轴线的位置,使衬砌轴线逐渐逼近合理拱轴线,从而获得偏压隧道的最优断面。在此基础上,对比研究偏压隧道优化前后衬砌的力学性能和隧道围岩的应力分布情况。结果表明,这种最优断面形状的偏压隧道极大改善衬砌结构受力状况,衬砌主要承受轴向压力作用,能够充分发挥混凝土材料的抗压性能,而且隧道围岩的应力分布均匀,避免了隧道围岩的应力集中。

摘要：非对称拱桥因其合理的拱轴线、灵活的拱脚位置和桥面纵坡,能够更好地适应起伏较大的山区地形,使拱桥跨径选择更合理\,更经济\,更美观。主拱圈作为拱桥的主要承重结构,其拱轴线形直接影响拱肋截面内力的分布和大小。因此,确定大跨度非对称拱桥线形是拱桥设计的重要内容。通过理论推导非对称拱桥的合理拱轴线方程,提出了一种基于弯曲变形能最小和惩罚函数思想的拱轴线形优化方法,该方法考虑了全拱肋的受力状态,充分发挥了材料的性能,并兼顾了桥梁造型和施工便捷性。研究以某大跨度铁路非对称拱桥为工程背景,通过遗传算法(GA)和有限元法搭建了MATLAB-ANSYS联合仿真程序,吸纳了GA全局搜索能力强的特点,方便快捷地确定了其最佳的拱轴线形,验证了采用该方法优化拱轴线形的可行性和实用性;最后对结构参数的敏感性进行分析,探究了结构参数对拱肋受力的影响。研究为大跨度非对称拱桥结构合理拱轴线形的确定提供了一种便捷有效的解决方案,提高了设计效率,为结构优化设计提供了新的思路。

摘要：板间距大小是斜插式桩板墙结构关键设计参数,也是该结构能否被推广应用的核心问题.本文采用ABAQUS有限元软件分析了板间距变化对斜插式桩板墙板间竖向土拱效应的影响规律,给出了斜插式桩板墙的合理板间距范围,同时以相邻板板底作为拱脚支撑,计算得到了斜插式桩板墙板间竖向土拱拱轴线方程,并验证了受力分区的合理性.分析结果表明:斜插式桩板墙板间距大小与拱效应强度关系呈现为“S”型,合理的板间距取值范围为0.2~0.4倍板宽,且板间自然平衡拱的主应力合理拱轴线为椭圆曲线的一部分。

摘要：通过构造一种基于拱轴线变形能的多参数拱轴线优化方法,以处理控制参数较少的函数曲线难以使拱轴线与压力线重合的问题。该方法以加权能量函数作为优化目标,运用样条曲线逼近主拱圈压力线,并建立主拱圈位移影响矩阵来计算主拱圈的位移调整量。加权能量方法将各个单元的弯曲变形能总和作为优化目标,通过给予每个位置的单元弯曲变形能不同的加权系数来达到调整拱轴线上各点的弯矩分布的目的。算例分析说明求解的拱轴线坐标是合理的,应用平均加权和高斯加权方法可有效减少主拱圈弯矩。

摘要：本文分析了在分段荷载作用下拱结构的受力模式,通过理论分析,得出相应合理拱轴线的方程曲线,并给出考虑轴力情况下的拱轴线修正方法。结合实际工程项目,某大跨拱桁架采用钢管桁架结构,拱轴线为空间曲线,主拱跨度为147m,次桁架跨度27~30m,拱高21m,拱脚平面投影30°,南北支座高差5.25m。本文通过上述理论分析结果,进行参数化分析,得出在此复杂边界条件下的合理拱轴线曲线。采用SAP2000软件对优化后的拱结构与原拱结构进行计算分析对比,通过对内力分布、结构位移等结构特性关键指标的分析,验证上述理论分析的正确性,以及本工程采用拱轴线的合理性。以上分析过程、设计思路可为今后类似工程提供参考。

摘要：在结构构件设计中,常会遇到拱形结构的设计。本文提出了一种利用抛物线拱的合理拱轴线概念的设计方法,在满足结构构件强度的条件下,尽可能地利用材料,使之达到经济合理的目标。

摘要：南京江北A1地块超高层项目的建筑高度为499.8m,采用带伸臂桁架加强层的巨型拱支框架-核心筒结构。与已建成的超高层结构不同,本项目采用拱结构替代普通的环形桁架,实现了结构高效和建筑美观的融合。根据不同分区的结构布置和荷载,结合理论推导的合理拱轴线,以拱弯矩最小为设计原则确定了各分区的最优拱形。采用缓粘结预应力技术实现拱结构推力的自平衡,降低巨柱的次弯矩。对比了K形和X形伸臂桁架的结构效率,确定了最优的伸臂桁架布置。根据大震弹塑性分析结果,对加强层处核心筒墙体采取针对性加强措施。对在核心筒内采用C80高强混凝土的合理性进行了分析比较,可供类似超高层项目参考。

摘要：对三铰斜拱的合理拱轴线问题、影响线计算问题和矢跨比优化问题进行了分析。假定截面弯矩恒等于零,解得三铰斜拱在水平均布荷载作用下的合理拱轴线函数。基于静力平衡方程推导了支座反力影响线函数,并进一步求得截面内力的影响线表达式。建立了以各控制点内力平方和为目标函数的矢跨比优化模型。最后,进行了相应Maple程序的编制,并通过工程算例进行了验证。结果表明,合理拱轴线函数使算例弯矩大体趋近于零;Maple分析所得影响线与SAP2000结果基本吻合;矢跨比优化使截面轴力减小了9.05%。以上工作可为三铰斜拱相关力学分析及优化设计提供一定的便利与参考。

摘要：由变截面拱圈的截面变化方式引入,依据微积分弧微分公式计算曲线长度的原理,推导出悬链线拱轴线长度的计算公式无法用初等函数表示,由此引入数值积分的方法求解轴线长度,进而深入了解自适应辛普森积分法,采用Excel中的Visual Basic语言自编程序验证理论充分可行。