矮塔斜拉桥索鞍局部混凝土应力分析

论文摘要

矮塔斜拉桥是近20年才发展起来的一种新型桥梁结构,它兼有斜拉桥和连续梁桥的结构特点,在100～300m跨径范围内具有较强的竞争力,是一种很有发展潜力的桥型结构。对于矮塔斜拉桥,斜拉索可以直接锚固于塔身,也可以通过塔顶索鞍延伸到桥塔另一侧的主梁上锚固。目前分丝管索鞍结构逐渐成熟,成为矮塔斜拉桥索鞍结构的主流。分丝管索鞍结构构造复杂,其与混凝土直接接触,索鞍与混凝土的接触问题是一种高度非线性问题。研究索鞍局部混凝土的应力分布规律,对桥塔的设计与施工有重要的意义。本文以广西柳州市静兰大桥(矮塔斜拉桥)为工程背景,研究了矮塔斜拉桥索鞍(分丝管索鞍结构)局部的混凝土应力问题,主要内容包括:1.对常规斜拉桥与矮塔斜拉桥在索塔构造上的区别及特点进行对比总结;2.利用平面杆系有限元软件,对静兰大桥进行静力分析,探讨活载作用下拉索截面面积及梁体抗弯刚度对结构静力特性的影响;3.利用大型有限元软件ANSYS对静兰大桥索鞍构造处的局部混凝土应力进行模拟分析,研究其分布规律;4.利用大型有限元软件ANSYS对静兰大桥索鞍局部构造处进行混凝土配筋计算,探讨混凝土配筋率与混凝土开裂的关系,并对索鞍处混凝土配筋及施工注意事项提出建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 矮塔斜拉桥的命名
• 1.2 矮塔斜拉桥的总体布置与结构体系
• 1.2.1 总体布置
• 1.2.2 结构体系
• 1.3 矮塔斜拉桥的受力特性
• 1.4 矮塔斜拉桥发展趋势
• 1.5 本文的主要工作
• 第2章 矮塔斜拉桥的索塔构造
• 2.1 常规斜拉桥
• 2.1.1 拉索与钢索塔的锚固
• 2.1.2 拉索与混凝土索塔的锚固构造
• 2.2 矮塔斜拉桥
• 2.2.1 分层式鞍座
• 2.2.2 交叉式锚固
• 2.2.3 钢锚箱锚固
• 2.3 本章小结
• 第3章 矮塔斜拉桥静力分析及最大索力求解
• 3.1 工程背景
• 3.1.1 结构概况
• 3.1.2 计算荷载参数
• 3.1.3 结构材料
• 3.2 主桥结构分析计算
• 3.2.1 计算程序及结构离散图
• 3.2.2 计算步骤
• 3.2.3 内力结果
• 3.3 索力变化规律研究及最大索力求解
• 3.4 本章小结
• 第4章 有限元数值仿真及接触理论
• 4.1 有限元接触理论
• 4.1.1 接触问题分类
• 4.1.2 常用的实常数
• 4.1.3 面-面接触高级选项设置
• 4.1.4 接触算法的选择
• 4.2 非线性方程组求解
• 4.2.1 牛顿-拉普森求解
• 4.2.2 收敛准则
• 4.3 混凝土分析理论
• 4.3.1 Solid65单元介绍
• 4.3.2 钢筋混凝土有限元模型分类介绍
• 4.3.3 混凝土的本构模型
• 4.3.4 混凝土的破坏准则
• 4.3.5 弥散裂缝模型理论
• 4.4 本章小结
• 第5章 矮塔斜拉桥索鞍局部混凝土应力仿真分析
• 5.1 索塔介绍
• 5.2 ANSYS有限元模型的建立
• 5.2.1 有限元单元选取
• 5.2.2 材料属性
• 5.2.3 计算假定及荷载处理
• 5.2.4 有限元模型建立
• 5.3 分析方法及过程
• 5.4 计算结果分析
• 5.5 非接触分析与接触分析结果比较
• 5.6 模型误差分析
• 5.7 索塔配筋及施工注意事项探讨
• 5.8 本章小结
• 第6章 矮塔斜拉桥索塔配筋探讨
• 6.1 ANSYS有限元模型建立
• 6.1.1 单元类型选择
• 6.1.2 材料选择及材料属性
• 6.1.3 材料本构关系及破坏模型
• 6.1.4 模型简化及计算假定
• 6.1.5 边界条件及荷载施加
• 6.2 计算结果分析
• 6.3 配筋率对混凝土应力和裂缝的影响
• 6.4 模型误差分析
• 6.5 本章小结
• 第7章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 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实践