独塔单索面混凝土斜拉桥索力确定及优化

论文摘要

斜拉桥是一种桥面体系以加劲梁受压(密索)或受弯(稀索)为主、支撑体系以斜拉索受拉及桥塔受压为主的桥梁。预应力混凝土斜拉桥由于结构形式合理,造价经济,外形优美,在大跨度桥梁中得到广泛应用。斜拉索是斜拉桥的重要组成部分,它承担了斜拉桥在施工阶段和成桥后正常运营阶段的大部分荷载。斜拉索的索力合理与否直接决定了斜拉桥施工阶段结构的受力安全和成桥后结构内力的合理分布。斜拉索的索力又是可以调节的,可以通过对拉索索力的调整来改变结构的受力分配,优化结构的受力。从理论上说无论怎样的斜拉桥结构体系,总可以找到一组索力,它使结构体系在确定性荷载作用下,某种反映受力性能的目标达到最优。由此产生了索力优化的问题。而且对于斜拉桥而言,我们不仅要关注成桥状态,还要重视施工状态。只有这样,斜拉桥的结构体系才可以经由合理的施工状态过渡到合理的成桥状态。如何合理的确定预应力混凝土斜拉桥的施工张拉索力,使预应力混凝土斜拉桥既能满足施工安全要求,又能达到成桥后的理想受力状态和设计目标线形,是预应力混凝土斜拉桥施工设计中的核心问题之一。总之,斜拉桥索力(成桥索力,施工索力)的确定及其优化,是长期吸引工程界深入研究的课题之一。本文就以上问题进行研究,完成了以下工作:(1)结合合理成桥状态的分析,对现有的各种成桥恒载初始索力确定及优化方法进行分析,找出其优缺点,适用条件;结合工程实例施州大桥,借助有限元软件对独塔单索面预应力混凝土斜拉桥建模分析,用有约束的方法将弯曲最小能量法改进,确定成桥索力(考虑活载的影响),再综合应用内力平衡法、弯矩可行域等方法,将索力优化;(2)结合施工中斜拉索索力的有限元计算原理,对现有的各种确定合理施工张拉索力的方法进行分析比选,结合工程实例提出用正装迭代法,考虑施工过程中温度,非线性,砼收缩徐变等因素的影响,确定施工阶段索的张拉力。通过与施州大桥调索工作的比照分析可知:将现有的索力确定及优化方法改进,综合应用,避免了使用单一优化方法的局限性;借助有限元软件将繁琐的调索过程进行人机交互式可视化模拟,调高了效率,有工程实用价值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 论文的选题、研究意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内外成桥索力优化研究现状
• 1.2.2 国内外关于拉索初张力确定方法的研究现状
• 1.3 本文的工程背景和主要研究内容
• 1.3.1 工程背景
• 1.3.2 主要研究内容
• 第2章 斜拉桥结构分析
• 2.1 斜拉桥的结构特点
• 2.2 斜拉桥的分类
• 2.3 斜拉桥结构分析基本理论
• 2.3.1 斜拉桥的平面分析
• 2.3.2 斜拉桥的空间分析
• 2.3.3 斜拉桥的几何非线性分析
• 2.3.4 其他分析问题
• 2.4 斜拉桥结构优化问题
• 第3章 斜拉桥索力确定及优化
• 3.1 合理成桥状态与成桥合理索力
• 3.2 预应力混凝土斜拉桥恒载初始索力确定影响因素
• 3.3 斜拉桥成桥恒载初始索力确定方法概述
• 3.3.1 刚性支承连续梁法
• 3.3.2 内力平衡法
• 3.3.3 指定应力法
• 3.3.4 零位移法
• 3.3.5 最小弯曲应变能法
• 3.3.6 弯矩最小法
• 3.3.7 用索量最小法
• 3.3.8 影响矩阵法
• 3.3.9 应力平衡法
• 3.3.10 假载法
• 3.3.11 弯矩可行域法
• 3.4 合理成桥索力确定方法比较
• 3.5 合理施工状态与拉索初张力的确定
• 3.5.1 概述
• 3.5.2 零弯矩悬拼法
• 3.5.3 倒拆分析法
• 3.5.4 无应力状态法
• 3.5.5 正装迭代法
• 3.5.6 倒拆-正装分析法
• 3.5.7 正装迭代法的改进
• 3.5.8 斜拉索初张力的确定
• 第4章 工程实例分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 确定理想成桥状态
• 4.3 有限元仿真计算的基本步骤
• 4.4 基于桥梁博士系统的索力优化
• 4.4.1 成桥恒载索力的确定
• 4.4.2 施工索力的确定
• 4.4.3 调索
• 4.5 斜拉桥的空间有限元仿真分析
• 4.5.1 主梁的模拟
• 4.5.2 拉索的模拟
• 4.5.3 索塔的模拟
• 4.5.4 预应力筋的模拟
• 4.5.5 施工荷载形式的模拟
• 4.5.6 体系转换的模拟
• 4.5.7 边界条件模拟
• 4.5.8 混凝土的收缩徐变
• 4.6 空间有限元分析模型的建立
• 4.6.1 施州大桥施工阶段仿真分析原则
• 4.6.2 模型计算参数的选取
• 4.6.3 施州大桥施工阶段的划分
• 4.6.4 边界的处理
• 4.6.5 计算结果
• 第5章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢