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系杆拱桥的出现解决了在软土地基上修建拱桥的困难,有很强的竞争力,在大跨度桥梁中也占有一席之地。但钢拉索自重大、易疲劳、易腐蚀,而CFRP拉索具有高强、轻质、耐腐蚀和耐疲劳等优点。采用CFRP拉索将是解决钢拉索疲劳、腐蚀问题的有效途径。 CFRP材料具有与普通钢材不同的物理力学特征,根据两种材料的物理力学性能差异,本文分析了CFRP拉索非线性静力性能、CFRP拉索系杆拱桥非线性静力性能和CFRP拉索系杆拱桥稳定与极限承载力。为了解结构在荷载作用下的真实反应,开发了适合用来对桥梁结构进行非线性分析的有限元程序。本文研究的主要内容与成果如下: (1)采用U.L列式法和分层梁模型,编写了平面杆系结构双重非线性静力分析程序DNFEA。程序DNFEA在几何非线性方面,可以考虑垂度效应、梁柱效应和大位移效应,在材料非线性方面,可以考虑钢管混凝土、普通混凝土和钢材的非线性特性。 (2)推导索形基本方程,并根据索形基本方程,推出了具体问题的计算公式。分析了CFRP索和钢索的垂度效应、极限长度和承载效率、温度作用响应及力学模型和精度等。发现CFRP拉索相对于钢拉索具有一系列的优点。 (3)用CFRP索按拉索极限拉力相等的原则替换钢索,分别对CFRP拉索和钢拉索系杆拱桥的恒载、活载和温度作用效应进行了对比分析。由于吊杆刚度降低,CFRP索拱桥中梁的挠度比钢索拱桥中梁的挠度大。降温作用时CFRP拉索拱桥比钢拉索拱桥有利,升温作用时则相反。 (4)针对吊杆的非保向力效应,分析了CFRP索代替钢索对非保向力效应和临界荷载的影响。由于CFRP吊杆刚度相对钢吊杆降低,其非保向力效应减弱,使得CFRP拉索拱桥的稳定临界荷载系数有所下降。 (5)通过对东苕溪大桥极限承载能力分析发现,CFRP索按拉索极限拉力相等的原则替换钢丝的拉索后,由于拉索刚度下降,全桥极限承载力有所下降。提高CFRP拉索系杆拱桥极限承载力的方法研究发现,提高CFRP索的刚度是提高CFRP拉索系杆拱桥极限承载能力有效途径。