主跨1200m三索面独柱塔分离式钢箱梁斜拉桥结构静动力计算分析研究

论文摘要

论文以拟建的广州虎门二桥为工程背景,根据其中坭洲水道的水文地质条件提出1200米三索面独柱塔分离式钢箱梁斜拉桥的结构设计方案,并采用大型有限元计算软件MIDAS/CIVIL2006建立起基于梁单元的全桥组合有限元模型,且详细分析了结构的静力响应和动力响应,旨在验证该设计方案的可行性。此外,作者建立了1200m双索面独柱塔分离式钢箱梁斜拉桥的空间有限元模型,并对比分析了双索面斜拉桥和三索面斜拉桥在恒载、移动活载作用下的位移及内力响应的不同。论文首先简要介绍了斜拉桥尤其是大跨斜拉桥在国内外的发展情况和结构特点,并介绍了论文的工程背景及具体的设计方案,并详细描述了对该桥各部分的建模模拟；然后计算了桥梁结构在施工阶段的受力与变形,在运营阶段受恒载、活载、系统温度、梁体温度梯度荷载、风荷载等荷载组合作用时的受力行为和变形情况。在动力方面,作者利用子空间迭代法计算了桥梁的自振周期和振型,并采用反应谱和时程分析两种方法对结构进行了地震反应分析,验证了结构的抗震性能。最后,作者通过用MIDAS/CIVIL2006建立了1200m双索面独柱塔分离式钢箱梁斜拉桥的空间有限元模型,对比分析了双索面斜拉桥和三索面斜拉桥在恒载、移动活载作用下的位移及内力响应的不同。由此,作者比较全面地了解了大跨斜拉桥的静力、动力及稳定性能,且初步掌握了该类桥梁的计算分析方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 斜拉桥发展概况
• 1.1.2 国内外典型的几座大跨斜拉桥
• 1.2 斜拉桥的分类、受力特点和结构形式
• 1.2.1 斜拉桥分类
• 1.2.2 斜拉桥受力特点
• 1.2.3 斜拉桥结构体系
• 1.3 主跨1200m三索面独柱塔分离式钢箱梁斜拉桥设计方案
• 1.3.1 工程背景
• 1.3.2 设计方案
• 1.4 本文主要工作
• 第2章 全桥空间有限元模型的建立
• 2.1 基于梁单元的斜拉桥全桥有限元模型
• 2.2 桥梁各类构件的模拟
• 2.2.1 主梁的模拟
• 2.2.2 横梁的模拟
• 2.2.3 斜拉索的模拟
• 2.2.4 索塔的模拟
• 2.2.5 基础模型和地基作用的模拟
• 2.2.6 其他边界条件的模拟
• 2.3 小结
• 第3章 施工阶段计算分析
• 3.1 引言
• 3.2 施工阶段划分
• 3.3 施工阶段位移计算分析
• 3.4 施工阶段应力计算分析
• 3.4.1 施工阶段主梁应力分析
• 3.4.2 施工阶段横梁应力分析
• 3.4.3 施工阶段斜拉索应力分析
• 3.4.4 施工阶段主塔应力分析
• 3.4.5 施工阶段辅助墩及边墩应力分析
• 3.5 小结
• 第4章 运营阶段计算分析
• 4.1 活载作用计算分析
• 4.2 温度荷载作用计算分析
• 4.3 风荷载作用计算分析
• 4.4 各分项荷载作用计算汇总
• 4.5 荷载组合作用计算分析
• 4.6 小结
• 第5章 动力计算分析
• 5.1 自振特性分析
• 5.1.1 自振特性理论
• 5.1.2 自振特性计算分析及结果
• 5.2 地震反应谱分析
• 5.2.1 反应谱理论
• 5.2.2 地震波输入
• 5.2.3 反应谱振型分析
• 5.2.4 反应谱应力计算及组合分析
• 5.3 地震时程分析
• 5.3.1 地震动反应分析理论
• 5.3.2 地震波选取
• 5.3.3 地震时程分析
• 5.4 小结
• 第6章 稳定计算分析
• 6.1 概述
• 6.2 施工阶段稳定性分析
• 6.2.1 最大双悬臂阶段稳定性分析
• 6.2.2 中跨合拢前阶段稳定性分析
• 6.3 成桥恒载作用下的稳定分析
• 6.4 成桥恒载和活载作用下的稳定分析
• 6.5 小结
• 第7章 双索面与三索面斜拉桥在恒活载作用下的对比
• 7.1 双索面斜拉桥模型的建立
• 7.2 恒载作用下双索面和三索面斜拉桥的对比分析
• 7.2.1 恒载作用下的位移对比
• 7.2.2 恒载作用下内力对比
• 7.2.3 移动活载作用下的位移对比
• 7.2.4 移动活载作用下的内力对比
• 7.3 与1200m双索面门型塔扁平钢箱梁斜拉桥在材料用量上的对比
• 7.3.1 主跨1200m双索面门型塔扁平钢箱梁斜拉桥简介
• 7.3.2 主梁用钢量的对比
• 7.3.3 斜拉索用钢量的对比
• 7.4 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目