自锚式悬索桥主缆线形控制与吊索张拉分析

论文摘要

以实桥工程为依托,基于弹性悬链线分析理论,利用有限元分析程序建立全桥模型,分别对合理成桥状态受力性能和施工阶段吊索张拉进行分析,旨在考察施工阶段吊索张拉力和张拉次序对成桥状态主缆线形的影响。主要研究内容如下:1.总结柔索单元的三种分析方法及基本公式,回顾悬链线索单元的切线刚度矩阵推导过程,为自锚式悬索桥分析提供理论基础。2.首先采用节线法对合理成桥状态进行简化计算,得到主缆有无应力长度、水平分力和线形,利用悬链线单元切线刚度矩阵对位移取增量进行精确迭代分析,然后利用主缆无应力长度不变原则对空缆状态进行倒拆分析,最后进行施工阶段正装分析,得到合理吊索张拉方案。3.对斜拉桥、系杆拱桥、自锚式悬索桥施工阶段吊索张拉的分析方法进行对比。为了探讨吊索张拉对索力变化量和主缆位移的相干性,分别建立模型,对相应的位移与索力变化量进行对比分析。4.根据自锚式悬索桥吊索张拉的实用方法确定吊索张拉方案,并建立数学模型对方案进行评估。5.吊索张拉是保证成桥状态顺利实现的关键,本文采用有限元计算软件Midas/Civil对施工阶段进行先倒拆、后正装循环迭代分析;对施工过程中主缆和吊索张拉提出方案,并对方案进行了比较。研究吊索张拉对成桥线形、吊索力以及塔梁局部受力性能产生的影响,以期指导自锚式悬索桥的设计与施工。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 第一章绪论
• 1.1 自锚式悬索桥的历史和发展
• 1.1.1 自锚式悬索桥的历史
• 1.1.2 自锚式悬索桥的发展
• 1.1.3 自锚式悬索桥形式的多样化
• 1.2 主缆线形及吊索张拉研究现状
• 1.2.1 主缆线形分析
• 1.2.2 吊索张拉分析
• 1.3 存在问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 第二章悬索桥结构分析基本理论
• 2.1 概述
• 2.1.1 有限元法
• 2.1.2 数值分析法
• 2.2 柔索单元分析
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 计算分类
• 2.2.3 分段直线
• 2.2.4 抛物线
• 2.2.5 悬链线
• 2.3 结构的几何非线性分析理论
• 2.3.1 影响因素
• 2.3.2 非线性求解的N.R 法
• 2.3.3 收敛准则
• 3 第三章主缆线形分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 分析中的三种状态
• 3.1.2 已知条件及分析内容
• 3.2 合理成桥状态的线形分析
• 3.2.1 简化分析
• 3.2.2 精确线形的非线性迭代分析
• 3.2.3 主缆无应力长度的计算
• 3.2.4 吊索无应力长度的计算
• 3.3 自由空缆状态的线形分析
• 3.4 本章小结
• 4 第四章吊索张拉分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 斜拉桥、系杆拱桥与自锚式悬索桥的结构特点
• 4.1.2 斜拉桥拉索张拉
• 4.1.3 系杆拱桥吊杆张拉
• 4.1.4 自锚式悬索桥吊索张拉
• 4.2 吊索张拉分析原则和目标
• 4.2.1 吊索张拉分析应考虑的非线性因素
• 4.2.2 吊索张拉分析的原则和目标
• 4.3 吊索力相干性探讨
• 4.3.1 算例
• 4.3.2 索力
• 4.3.3 索力对主缆位移的影响
• 4.4 吊索张拉实用方法
• 4.4.1 合理成桥吊索索力
• 4.4.2 张拉实用方法
• 4.4.3 数学模型
• 5 第五章实桥应用与结果分析
• 5.1 工程背景
• 5.1.1 工程概况
• 5.1.2 主要构造
• 5.2 有限元分析模型
• 5.2.1 几何模拟
• 5.2.2 边界模拟
• 5.2.3 分析步骤
• 5.3 合理成桥状态分析
• 5.3.1 吊索索力
• 5.3.2 主缆索力
• 5.3.3 主缆线形
• 5.3.4 塔、梁内力
• 5.3.5 塔、梁应力
• 5.4 吊索张拉方案评定
• 5.4.1 张拉方案
• 5.4.2 方案评定
• 5.5 施工阶段分析
• 5.5.1 吊索索力
• 5.5.2 主缆索力
• 5.5.3 主缆位移
• 5.5.4 塔顶位移
• 5.5.5 塔、梁内力
• 5.5.6 塔、梁应力
• 5.6 成桥状态分析
• 5.6.1 吊索索力
• 5.6.2 主缆索力
• 5.6.3 主缆线形
• 5.6.4 塔、梁内力
• 5.6.5 塔、梁应力
• 6 第六章结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢