桥梁施工用组合钢塔结构分析与研究

论文摘要

本文以正在兴建的南宁大桥施工用超高、超宽、大吨位吊装组合式钢塔结构设计为背景，利用通用有限元程序ANSYS 9.0建立了索塔及缆风、扣索的整体空间有限元模型。对模型施加了合理的边界条件，并考虑了缆风及扣锚索对索塔提供的弹性约束作用，对索塔进行内力分析与计算，解决了施工索塔设计中复杂的结构行为分析难题。另外还对索塔三类局部节点进行了有限元模型分析，以验证局部构造设计的合理性。主要研究内容如下：1．总结了国内钢管混凝土(钢箱)拱桥的几种施工方法，重点介绍了主拱斜拉扣挂悬臂施工和缆索吊装施工用塔结构的形式和构造，并讨论了空心钢管在桥梁施工中的应用现状及前景。结合工程的实际提出了南宁大桥施工用组合式钢塔结构的分析和设计方法。2．为了适应主拱和钢箱梁节段的安装，索塔高达128m，横桥向宽达109m，由抗风索、扣锚索共同组成稳定的结构体系。针对索塔本身结构的P—△效应和索系统的非线性特征，在索塔整体计算分析时考虑了其影响。计算结果表明：南宁大桥施工用组合式钢塔结构的强度、刚度、稳定性均满足相关规范要求。3．通过建立有限元模型，对索塔的法兰节点进行了弹塑性接触分析，对有节点板连接的空心管节点进行了弹塑性大挠度分析，研究其受力性能、塑性区扩展过程、节点变形及极限承载力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 钢管混凝土（钢箱）拱桥施工方法简介
• 1.3 斜拉悬臂缆索吊装体系简介
• 1.4 斜拉悬臂缆索吊装施工用索塔
• 1.4.1 布置形式
• 1.4.2 索塔底部固定方式
• 1.4.3 吊扣一体化索塔吊塔与扣塔的连接方式
• 1.4.4 索塔拼装杆件的类型
• 1.4.5 对国内斜拉悬臂缆索吊装施工用索塔的统计分析
• 1.5 空心钢管在桥梁施工中的应用
• 1.5.1 空心钢管的优点
• 1.5.2 空心钢管在桥梁施工中的应用举例
• 1.5.3 空心钢管的应用前景
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第2章 组合式钢塔设计方案拟定与计算模型
• 2.1 工程概况
• 2.1.1 主桥概况
• 2.1.2 主桥上部结构吊装施工过程
• 2.1.3 南宁大桥施工用缆索吊机介绍
• 2.2 组合式钢索塔结构拟定
• 2.2.1 索塔结构设计依据
• 2.2.2 索塔结构设计原则
• 2.2.3 索塔结构设计的关键和难点
• 2.2.4 索塔结构设计介绍
• 2.3 作用在索塔上的荷载研究
• 2.3.1 索塔结构受力特点
• 2.3.2 结构自重
• 2.3.3 吊装荷载
• 2.3.4 扣索、锚索、缆风索索力
• 2.3.5 风荷载
• 2.4 有限元模型研究
• 2.4.1 索塔节点的处理
• 2.4.2 有限元模型的建立和单元的选取
• 2.4.3 杆件截面介绍
• 2.4.4 非线性求解设置
• 第3章 施工索塔结构非线性分析理论
• 3.1 引言
• 3.2 几何非线性有限元基本理论
• 3.2.1 总体拉格朗日列式法
• 3.2.2 更新的拉格朗日列式法
• 3.3 材料非线性有限元基本理论
• 3.3.1 屈服准则
• 3.3.2 流动准则
• 3.3.3 强化准则
• 3.3.4 ANSYS材料模型
• 3.4 接触非线性问题介绍
• 3.4.1 接触问题概述
• 3.4.2 接触问题分类
• 3.4.3 接触问题求解过程
• 3.4.4 ANSYS接触分析功能
• 3.5 斜拉索几何非线性处理方法
• 3.6 非线性有限元方程的求解方法
• 3.6.1 直接求解法
• 3.6.2 增量法
• 3.6.3 迭代法
• 3.6.4 弧长法
• 3.6.5 收敛准则
• 第4章 索塔整体结构受力分析
• 4.1 有限元模型
• 4.2 施工阶段划分
• 4.3 索塔内力及应力分析
• 4.3.1 空心钢管及H型钢立柱受力分析
• 4.3.2 索塔联结系受力分析
• 4.3.3 万能杆件受力分析
• 4.4 索塔位移分析
• 4.5 索塔整体稳定性分析
• 4.5.1 等效压杆法验算索塔整体稳定性
• 4.5.2 空间有限元法验算索塔整体稳定性
• 4.6 本章小结
• 第5章 索塔局部节点有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 空心钢管标准法兰受力分析
• 5.2.1 有限元计算模型
• 5.2.2 有限元计算结果分析
• 5.3 异形承压法兰节点受力分析
• 5.3.1 有限元计算模型
• 5.3.2 有限元计算结果分析
• 5.4 有节点板连接的空心钢管节点受力分析
• 5.4.1 钢管局部屈曲的定义
• 5.4.2 屈曲分析的类型
• 5.4.3 有限元计算模型
• 5.4.4 有限元计算结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文