自锚式悬索桥体系分析与研究

论文摘要

自锚式悬索桥作为一种特殊的桥型,以其结构造型美观、经济性能较好、对地形和地质状况适应性强等优点,越来越受到工程界的青睐。近年来,自锚式悬索桥在我国修建越来越多,并向着大跨径、大规模的方向发展。本文对自锚式悬索桥的主缆解析计算理论、悬索桥几何非线性理论进行了研究,主要内容如下:（1）介绍了自锚式悬索桥的发展历史和国内外的应用现状,总结了自锚式悬索桥的基本构造和受力特征,指出了自锚式悬索桥存在的问题和发展趋势。（2）采用小应变弹性悬链线单元、杆单元、基于CR列式法的平面梁单元编制了几何非线性静力分析程序GENONL,通过算例验证了程序的正确性。（3）介绍了三种主缆线形计算理论——抛物线理论、悬链线理论、分段悬链线理论。利用分段悬链线法编制了计算程序。（4）以分段悬链线理论为基础,以悬索桥的目标成桥理想状态为出发点,具体阐述了悬索桥结构计算所应遵循的基本原理,其中将主缆在索鞍处的修正计算归纳为分离计算法和迭代逼近计算法。从力学关系和几何特征出发,导出了平面及空间索鞍设计位置确定的非线性方程组,采用New-Raphson迭代法进行求解,给出了迭代格式与步骤。（5）对悬索桥的几何非线性有限元理论展开讨论,借助专业桥梁分析软件MIDAS对佛山平胜大桥施工过程进行仿真分析,计算各施工阶段结构的理论内力和变形形状。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 自锚式悬索桥的发展概况
• 1.1.1 自锚式悬索桥发展的历史
• 1.1.2 国内外自锚式悬索桥发展概况
• 1.1.3 悬索桥计算理论的发展
• 1.2 自锚式悬索桥的结构形式和受力特点
• 1.2.1 自锚式悬索桥的结构形式
• 1.2.2 自锚式悬索桥的受力特点
• 1.3 本课题的提出
• 1.4 本文的工程背景
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 自锚式悬索桥结构几何非线性计算理论
• 2.1 概述
• 2.2 自锚式悬索桥分析的几何非线性影响
• 2.2.1 缆索自重垂度的影响
• 2.2.2 初始内力效应
• 2.2.3 荷载作用下的结构大位移
• 2.3 几何非线性分析基本原理
• 2.4 几何非线性常用有限元分析方法
• 2.5 改进CR 列式法的基本原理
• 2.5.1 等效节点外荷载精确计算
• 2.5.2 单元杆端抗力精确计算
• 2.5.3 改进CR 列式特点
• 2.6 平面单元切线刚度矩阵
• 2.6.1 平面杆单元切线刚度矩阵
• 2.6.2 平面梁单元切线刚度矩阵
• 2.6.3 平面悬索单元切线刚度矩阵
• 2.6.4 带刚臂悬索单元切线刚度矩阵
• 2.7 非线性有限元平衡方程的求解方法及收敛准则
• 2.7.1 数值求解方法
• 2.7.2 增量步长选择
• 2.7.3 收敛准则
• 2.8 非线性有限元程序实现
• 2.9 程序考证
• 2.9.1 杆单元考证
• 2.9.2 梁单元考证
• 2.9.3 索单元考证
• 2.10 本章小结
• 第3章 自锚式悬索桥主缆系统计算分析
• 3.1 概述
• 3.2 平面主缆成桥线形的计算分析
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 抛物线理论
• 3.2.3 均布荷载作用下的悬链线理论
• 3.2.4 分段悬链线理论
• 3.2.5 算例
• 3.3 空间主缆线形计算分析
• 3.3.1 分析模型
• 3.3.2 计算分析方法
• 3.3.3 算例分析
• 3.4 主索鞍、散索鞍处主缆线形修正
• 3.4.1 平面主缆成桥状态索鞍线形修正
• 3.4.2 空间主缆成桥状态索鞍线形修正
• 3.4.3 索鞍顶部主缆长度计算
• 3.5 空缆线形及索鞍预偏量计算
• 3.5.1 索鞍预偏原理
• 3.5.2 空缆线形和与索鞍偏量计算方法
• 3.5.3 空缆索夹安装位置计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 自锚式悬索桥合理成桥状态确定方法
• 4.1 引言
• 4.2 自锚式悬索桥成桥状态目标
• 4.3 吊索力初值的确定
• 4.3.1 均布质量法
• 4.3.2 刚性支承连续梁法
• 4.4 自锚式悬索桥合理成桥状态确定的分步算法
• 4.5 本章小结
• 第5章 自锚式悬索桥施工过程分析
• 5.1 概述
• 5.2 自锚式悬索桥施工方法介绍
• 5.2.1 自锚式悬索桥施工过程
• 5.2.2 加劲梁施工方法
• 5.3 自锚式悬索桥施工过程分析方法
• 5.3.1 桥梁常用施工分析方法介绍
• 5.3.2 自锚式悬索桥施工理想初始态的确定
• 5.4 平胜大桥施工过程数值模拟分析
• 5.4.1 工程概况
• 5.4.2 索鞍顶推及吊杆张拉方案
• 5.4.3 结构有限元计算模型
• 5.4.4 施工过程模拟结果与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢