悬索桥重力式锚碇系统受力分析及其优化

论文摘要

随着对桥梁跨越能力要求的不断提高,作为所有桥型中跨越能力最大的悬索桥越来越成为跨越大江、大河的主要方案。锚碇作为悬索桥主要的承力结构物,起着将主缆拉力传递给地基基础,承受着较大的主缆拉力的作用,是支承主缆、保证全桥主体结构受力稳定的关键部位。本文以武汉阳逻长江公路大桥为工程背景,运用重力式锚碇稳定性理论和锚块与基础的强度分析理论,在大型结构分析程序ANSYS环境下,建立了武汉阳逻长江公路大桥锚碇以及基坑支护结构有限元模型。在有限元模型的基础上针对不同工况进行了详细的有限元局部分析,定量地得出结构物各个部位的应力分布情况,并据此在满足锚碇安全性的前提下对锚碇受力的合理性进行优化。研究了武汉阳逻长江公路大桥锚碇地基承载力、抗滑动稳定性、抗倾覆稳定性和沉降,并且对锚碇进行了斜截面抗剪分析。利用非线性三维有限元理论对基坑开挖过程进行了模拟,得到了支护结构体系在开挖过程中的受力变形特征和在非均布施工荷载下的整体位移对结构的影响,并将二者结果进行了对比。通过优化分析,在控制基坑最大变形不超过有限元分析结果的前提下,可减小下部几道内衬的厚度。这些分析方法和结论的提出将为同类悬索桥锚碇的设计、施工以及进一步的研究提供科学依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 悬索桥概述
• 1.1.1 悬索桥结构概述
• 1.1.2 悬索桥发展概述
• 1.2 悬索桥锚碇系统研究现状及发展趋势
• 1.2.1 重力式锚碇
• 1.2.2 隧道式锚碇
• 1.2.3 重力式锚碇系统研究方向
• 1.3 本文的研究内容
• 第二章 悬索桥重力式锚碇系统力学分析理论
• 2.1 悬索桥重力式锚碇的稳定性理论
• 2.1.1 锚碇基础的滑动抵抗力
• 2.1.2 锚碇基础的滑动力
• 2.1.3 锚碇基坑抗倾覆稳定计算
• 2.2 悬索桥重力式锚碇变位的力学分析
• 2.3 锚块与基础的强度分析
• 2.4 温度应力的分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 悬索桥重力式锚碇结构有限元分析
• 3.1 工程背景
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 结构形式与锚固方式
• 3.1.3 总体布置
• 3.1.4 主要材料
• 3.2 建立有限元模型
• 3.2.1 单元选取及网格划分
• 3.2.2 边界条件的处理
• 3.2.3 计算假定及荷载处理
• 3.3 结构计算分析
• 3.3.1 锚碇整体稳定性验算
• 3.3.2 锚体结构计算
• 3.4 北锚碇结构计算分析
• 3.4.1 整体验算
• 3.4.2 锚体结构计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 悬索桥重力式锚碇基础支护结构分析及优化
• 4.1 工程概况
• 4.2 支护结构变形及整体刚性位移非线性三维有限元分析
• 4.2.1 基坑开挖三维非线性有限元分析方法
• 4.2.2 支护结构的三维有限元分析
• 4.2.3 非均布施工荷载作用下支护结构三维非线性有限元分析
• 4.3 支护结构优化分析
• 4.3.1 定义优化问题
• 4.3.2 计算结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢