斜拉弯桥的有限元分析

论文摘要

斜拉弯桥以其优美的造型和对高等级公路和铁路的道路选线适应性强等优点不断地受到工程界的青睐,在建设城市中小跨径桥梁中将会是一种极具竞争力的方案。桥梁检测在评定现有桥梁的实际承载能力、建立和累计必要的桥梁技术资料、推动和发展旧桥评定理论及新桥设计理论等方面都有着重要的意义。本文以某斜拉弯桥为工程背景,分别采用薄板和梁格单元理论并利用有限元分析软件建立空间计算模型对其进行分析。在对该桥进行检测时,首先要进行理论分析计算,理论分析计算是加载方案、及试验桥梁性能评价的基础。针对斜拉弯桥,分别采用板壳单元及梁格单元(考虑梁的剪切变形和不考虑剪切变形),建立该桥有限元分析模型并对比三种不同有限元分析模型在自重情况下桥梁主要受力构件的计算结果,确定板壳单元有限元模型为该桥合理分析模型。通过自重分析找出桥梁主要受力构件(上游侧6号拉索、下游侧7号拉索及背索等),对其进行影响线分析,确定该桥静载试验加载位置(荷载最不利位置);在加载位置放置试验车,得出计算结果满足现行规范要求,能够按荷载标准进行静载试验。针对该桥板壳单元有限元模型,采用子空间迭代法对该桥进行模态分析,给出该桥前10阶频率和振型。自振频率的变化范围为1.08Hz~6.07Hz,振型分别以主梁弯曲、扭转及主塔弯曲为主;同时采用时程分析法研究该桥在一致激励下的地震响应,对比地震波沿顺河向与横河向输入时对桥梁结构的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 斜拉弯桥的基本特点
• 1.2.1 修建斜拉弯桥的必要性
• 1.2.2 桥梁横向稳定性
• 1.2.3 弯桥的扭矩效应
• 1.2.4 索塔和拉索的布置
• 1.2.5 支座设置
• 1.3 已建成的斜拉弯桥及其特点
• 1.3.1 新上平井大桥
• 1.3.2 Sunniberg 桥
• 1.3.3 唐柜新桥
• 1.4 桥梁检测
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 桥梁检测的目的
• 1.4.3 桥梁检测的意义
• 1.4.4 桥梁检测的方法和流程
• 1.4.5 桥梁检测试验
• 1.4.6 国内外研究现状及发展趋势
• 1.5 本文研究的意义及内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 内容与方法
• 第二章 斜拉弯桥分析理论
• 2.1 引言
• 2.2 薄板弯曲理论
• 2.2.1 基本假设
• 2.2.2 几何方程
• 2.2.3 弹性方程
• 2.3 任意四边形板单元理论
• 2.3.1 DKT 弯曲板单元
• 2.3.2 DKQ 弯曲板单元
• 2.4 梁格分析法的基本理论
• 2.4.1 基本假定
• 2.4.2 箱梁的变形状态与梁格构件刚度
• 2.5 本章小结
• 第三章 有限元模型的建立及对比研究
• 3.1 引言
• 3.2 工程概况
• 3.2.1 斜拉弯桥设计概述
• 3.2.2 斜拉弯桥结构概况
• 3.3 模型建立
• 3.3.1 单元选择
• 3.3.2 有限元模型建立
• 3.4 自重情况下主要构件的分析结果
• 3.4.1 工况描述
• 3.4.2 结果对比
• 3.5 本章小结
• 第四章 斜拉弯桥影响线分析及静载试验预测
• 4.1 引言
• 4.2 斜拉弯桥静载试验加载位置确定
• 4.2.1 影响线研究目的
• 4.2.2 影响线基本原理
• 4.2.3 该桥影响线研究
• 4.2.4 拉索应力影响线
• 4.2.5 背索应力影响线
• 4.2.6 钢箱梁上顶板、下底板等效应力影响线
• 4.3 静载试验内容
• 4.3.1 加载时间控制
• 4.3.2 试验仪器
• 4.4 荷载布置
• 4.4.1 试验车辆布置
• 4.4.2 荷载布置及试验工况
• 4.5 静载试验结果
• 4.5.1 桥面上游侧及下游侧拉索应力
• 4.5.2 背索应力
• 4.5.3 下游侧腹板处上顶板、下底板等效应力
• 4.6 本章小结
• 第五章 斜拉弯桥自振特性分析
• 5.1 引言
• 5.1.1 桥梁自振特性分析的意义
• 5.2 自振特性分析
• 5.2.1 子空间迭代法简介
• 5.2.2 自振特性分析结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 斜拉弯桥的地震响应分析
• 6.1 引言
• 6.2 地震反应分析方法
• 6.2.1 时程分析方法
• 6.2.2 随机振动分析方法
• 6.2.3 反应谱分析方法
• 6.3 斜拉弯桥地震反应的时程分析
• 6.3.1 输入加速度时程
• 6.3.2 地震动的输入
• 6.3.3 顺河向输入时的地震响应
• 6.3.4 横河向输入时的地震响应
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢