超大跨径斜拉桥的研究

论文摘要

在超大跨径桥梁的方案比选中,斜拉桥越来越受到桥梁设计师们的青睐,成为同悬索桥最具竞争力的桥型。相对于悬索桥来说,斜拉桥不需修建大型的锚锭,其经济优势是显著的。于是斜拉桥极限跨径的问题由此被提出来。本文首先介绍了斜拉桥的各种分类形式,然后介绍了其发展的历史和在斜拉桥极限跨径方面的探索,以及桥梁工程师们在超大跨径斜拉桥设计方面的各种特殊新颖的构思。接着介绍了现代斜拉桥设计静力分析计算的基本流程,并简要阐述了斜拉桥理想施工状态和合理成桥状态索力调整的方法。接下来,文章以正在筹建的渤海湾大桥为工程背景,按照前文的理论指导,初步拟定了一座跨径为2000m的,主塔型式为V型塔肢的异型斜拉桥,并运用大型结构分析软件MIDAS/Civil,采用最小能量法对合理成桥状态的索力进行了初估,对其施工阶段进行了正装迭代分析,最后得到了施工阶段和成桥阶段的主梁静力分析结果,并对结果进行了分析,分析表明除了主梁轴向应力过大以外,其横向的静阵风荷载对主梁强度的影响将成为限制其跨径增长的又一个重大因素。另外计算的过程中发现在汽车荷载作用下,边墩附近的主梁局部断面应力急剧增长,需要对局部截面进行加强。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 斜拉桥的发展历史
• 1.3 斜拉桥极限跨径探索成果
• 1.3.1 斜拉桥极限跨径探索的必要性
• 1.3.2 制约斜拉桥跨径发展的因素
• 1.4 超大跨径斜拉桥特殊结构体系方案探索
• 1.4.1 空间四索面体系
• 1.4.2 地锚体系
• 1.4.3 V形塔体系
• 1.5 拟完成的工作
• 第2章 超大跨径斜拉桥静力分析基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 现代斜拉桥设计静力分析计算流程
• 2.3 合理成桥状态的确定及索力优化方法
• 2.3.1 斜拉桥合理成桥状态的评定标准
• 2.3.2 斜拉桥成桥索力的优化方法及评述
• 2.3.2.1 刚性支承连续梁法
• 2.3.2.2 弯曲能量最小法
• 2.3.2.3 弯矩平方和最小法
• 2.3.2.4 相对刚度变化法
• 2.4 理想施工状态的确定方法与施工阶段的仿真分析
• 2.4.1 施工状态的确定方法概述
• 2.4.2 施工阶段仿真分析的计算方法
• 2.4.2.1 正装迭代法
• 2.4.2.2 倒拆法
• 2.4.2.3 正装一倒拆迭代法
• 2.4.2.4 无应力状态控制法
• 2.5 本章小结
• 第3章 总体设计方案的初拟
• 3.1 总体方案的设计
• 3.1.1 方案工程背景介绍
• 3.1.2 总体布置
• 3.2 各主体结构尺寸拟定
• 3.2.1 索塔与拉索
• 3.2.1.1 索塔形式
• 3.2.1.2 索塔与拉索的布置
• 3.2.2 主梁与横系梁
• 3.2.2.1 主梁的型式和尺寸的拟定
• 3.2.2.2 主梁断面积和重量计算
• 3.2.2.3 内横隔板
• 3.2.3 支承点的布置
• 3.2.4 车行道桥面铺装
• 3.3 施工方案的探索
• 3.4 本章小结
• 第4章 方案的静力性能分析
• 4.1 有限元模型的建立方法
• 4.1.1 主梁的模拟
• 4.1.1.1 单主梁模型
• 4.1.1.2 双主梁模型
• 4.1.1.3 三主梁模型
• 4.1.1.4 实体、板壳单元
• 4.1.2 斜拉索的模拟
• 4.1.2.1 等效弹性模量法
• 4.1.2.2 多段杆单元法
• 4.1.2.3 曲线索单元法
• 4.1.3 索塔的模拟
• 4.1.4 体系转换的模拟
• 4.1.5 边界条件的模拟
• 4.2 空间有限元仿真计算模型的建立
• 4.2.1 渤海湾大桥施工阶段仿真模型建立原则
• 4.2.2 结构构件的模拟
• 4.2.2.1 主梁与横系梁的模拟
• 4.2.2.2 主塔的模拟
• 4.2.2.3 横梁的模拟
• 4.2.2.4 斜拉索的模拟
• 4.2.3 模型材料参数的定义
• 4.2.3.1 普通钢材
• 4.2.3.2 混凝土
• 4.2.3.3 斜拉索
• 4.2.4 施工阶段的划分
• 4.2.5 边界条件的处理
• 4.2.6 荷载及荷载组合
• 4.2.6.1 荷载组合及设计控制荷载
• 4.2.6.2 荷载
• 4.3 确定理想成桥状态
• 4.4 施工阶段拉索索力调整
• 4.5 成桥运营状态主梁计算结果
• 4.5.1 各分项荷载的计算分析
• 4.5.2 强度验算
• 4.5.2.1 主梁弯矩计算分析
• 4.5.2.2 主梁组合应力计算结果
• 4.5.2.3 拉索应力计算结果
• 4.5.3 挠度验算
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢