组合梁斜拉桥静力稳定性研究

论文摘要

论文在总结中外学者研究成果和中外设计规范的基础上,结合我国斜拉桥稳定性的研究经验,系统的研究了组合梁斜拉桥施工全过程的稳定性问题。全文在结构和内容上主要分为两个部分:第一部分为组合梁斜拉桥基本理论、混凝土三维徐变理论,包括第1章～第2章,属于理论与方法;第二部分是实现稳定研究而进行的通用有限元软件接口程序开发和组合梁斜拉桥施工全过程整体稳定、局部稳定、稳定关系的计算与研究,包括第3章～第7章,属于应用与研究。论文主要针对以下多个方面的内容展开工作:1)第1章～第2章,主要研究了斜拉桥与钢-混凝土组合梁的发展历史、应用现状、以及存在的关键技术问题,并基于三维粘弹性理论对三维状态下的徐变计算方法做了详细分析与介绍;2)通用有限元计算软件在实现桥梁结构的特殊功能时需要开发专业的接口程序。第3章基于通用有限元软件Abaqus,研究了对斜拉索采用降温法实现目标索力、斜拉索在极限承载力分析过程中实现断裂、梁单元在积分点处施加残余应力的实现方法与过程;施工阶段的状态具有继承性,为了将一种分析的计算结果作为另外一种分析的初始状态,达到计算结果在不同的分析类别之间转换时可以修改材料、增减结构的单元、可以只读取需要的单元结果的目的,开发专业接口程序的方法与过程;3)第4章以具体的工程背景研究了组合梁斜拉桥施工全过程的第一类与第二类整体静力稳定性。参考几座重要桥梁的稳定性研究规律,对斜拉桥施工全过程第一类稳性安全系数与屈曲模态的发展规律进行深入的研究、总结;通过具体的计算实例,研究了不同的施工内容在同一施工梁段内安全系数的变化规律、相同的施工内容在不同梁段内的变化规律;研究不同斜拉索材料对结构整体稳定性的影响;研究了混凝土本构关系对结构第二类整体稳定性的影响;研究结构部件对整体稳定性的影响及其在全过程中的发展规律;针对单主梁与双主梁两种不同的主梁模式,研究两者稳定性的差异与差异的原因;对组合梁斜拉桥稳定性的影响因素,如结构的剪力钉、钢主梁的残余应力、结构的初始状态、单元的安装方式（切线法、零位移法）进行具体的研究,对这些因素的影响程度给予评价;混凝土桥面板具有明显的时变效应,随着时间的变化混凝土要发生徐变,变形受到钢梁的约束,导致组合梁中混凝土桥面板和钢梁的应力重分布,研究了混凝土桥面板的徐变效应对结构稳定性的影响,并对这种影响的程度给予评价;4)第5章以具体的工程背景研究了组合梁斜拉桥施工全过程的第一类与第二类局部静力稳定性问题,主要研究了构件的初始缺陷对于稳定性的影响;研究组合梁斜拉桥施工全过程横梁、锚拉板、桥面板、钢主梁最不利状态下的局部稳定性;5)第6章结合整体稳定性、局部稳定的研究结果得出一些关于施工全过程中整体与局部失稳先后性的结论;采用细化模型（降低单元长度、局部区域精细化）研究整体稳定与局部稳定的相关性;最后,对论文的研究工作进行了总结,指出有待进一步研究的问题,并对此进行了讨论。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 斜拉桥的发展现状
• 1.2 钢-混组合梁与钢-混组合梁斜拉桥的发展
• 1.3 斜拉桥静力稳定性研究回顾
• 1.4 本论文研究的主要内容、目标与方法
• 第2章 混凝土徐变三维有限元分析
• 2.1 前言
• 2.2 基本概念
• 2.3 一维状态徐变的遗传积分分析
• 2.4 三维状态徐变的遗传积分分析
• 2.5 算例
• 2.6 本章小结
• 第3章 静力稳定分析的二次开发
• 3.1 前言
• 3.2 子程序接口的原理
• 3.3 荷载加载控制
• 3.4 斜拉索索力实现的二次开发
• 3.4.1 目标索力的实现
• 3.4.2 索力迭代计算中需要注意的问题
• 3.4.3 目标索力计算的程序开发
• 3.5 斜拉索索力断裂的二次开发
• 3.5.1 索力断裂计算中需要注意的问题
• 3.5.2 斜拉索断裂计算的程序开发
• 3.5.3 算例
• 3.6 残余应力的二次开发
• 3.6.1 残余应力的处理
• 3.6.2 残余应力实现的程序开发
• 3.6.3 算例
• 3.7 施工阶段初始状态的二次开发
• 3.7.1 施工阶段初始状态的程序开发
• 3.7.2 算例
• 3.8 斜拉桥稳定性分析流程
• 3.8.1 编辑计算文件
• 3.8.2 稳定计算控制
• 3.9 本章小结
• 第4章 组合梁斜拉桥施工全过程整体静力稳定性研究
• 4.1 概述
• 4.2 整体稳定性评价方法
• 4.3 工程背景简介
• 4.4 恒载与施工临时荷载
• 4.4.1 斜拉索张拉索力
• 4.4.2 施工阶段恒载
• 4.4.3 施工荷载
• 4.5 整体静力稳定性研究的技术路线
• 4.6 材料的本构关系
• 4.7 结构稳定分析模型
• 4.8 桥面板的处理
• 4.9 单元的安装方式
• 4.9.1 切线法安装
• 4.9.2 初始零位移法安装
• 4.10 结构稳定分析的方案
• 4.11 稳定分析的主梁模式
• 4.12 结构稳定计算的风荷载
• 4.12.1 风速、风荷载公式
• 4.12.2 主塔横桥向风荷载
• 4.12.3 主梁、斜拉索横桥向风荷载
• 4.13 结构稳定计算的荷载加载
• 4.14 整体静力第一类稳定研究结果
• 4.14.1 稳定安全系数分析
• 4.14.2 失稳模态分析
• 4.14.3 不同主梁模式的稳定性分析
• 4.14.4 结构稳定性影响因素的分析
• 4.14.5 静风荷载下稳定性分析
• 4.15 整体静力第二类稳定性研究结果
• 4.15.1 稳定安全系数分析
• 4.15.2 失稳形态分析
• 4.15.3 结构部件对稳定性影响
• 4.15.4 斜拉索断裂模式稳定性分析
• 4.15.5 考虑剪力钉非线性稳定性分析
• 4.15.6 不同主梁模式的稳定性分析
• 4.15.7 结构稳定性影响因素的分析
• 4.15.8 静风荷载下稳定性分析
• 4.16 本章小结
• 第5章 组合梁斜拉桥局部静力稳定性研究
• 5.1 概述
• 5.2 局部稳定性评价方法
• 5.3 工程背景简介
• 5.4 局部静力稳定性研究的技术路线
• 5.5 材料本构关系
• 5.6 初始变形的处理
• 5.7 横梁局部静力稳定分析
• 5.7.1 模型选择与计算方案
• 5.7.2 结果分析
• 5.8 桥面板局部静力稳定分析
• 5.8.1 模型选择与计算方案
• 5.8.2 结果分析
• 5.9 最大索力段局部静力稳定分析
• 5.9.1 模型选择与计算方案
• 5.9.2 结果分析
• 5.10 钢主梁局部静力稳定分析
• 5.10.1 模型选择与计算方案
• 5.10.2 结果分析
• 5.11 本章小结
• 第6章 整体稳定与局部稳定的关系
• 6.1 概述
• 6.2 局部静力稳定性研究的技术路线
• 6.3 整体、局部失稳的先后性
• 6.4 整体、局部失稳的相关性
• 6.4.1 降低单元长度
• 6.4.2 局部区域精细化
• 6.5 结论
• 第7章 总结
• 7.1 主要计算结果
• 7.1.1 整体稳定性研究结果
• 7.1.2 局部稳定性研究结果
• 7.1.3 整体稳定与局部稳定关系研究结果
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表论文及参加的科研工作