大跨悬索桥静动力及敏感参数仿真计算研究

论文摘要

悬索桥是当今人们修建大跨径、超大跨径桥梁的首选桥型之一,大跨悬索桥的静动力特性分析是悬索桥设计和施工的关键。理论和实践表明,悬索桥具有很强的非线性,不能简单地按线性结构的分析方法进行。以往的学者在研究悬索桥的静动力特性时,往往只考虑了悬索桥部分构件的非线性。随着跨越江河、峡谷、海峡的大跨径、超大跨径悬索桥的建设,深入研究大跨悬索桥静动力整体非线性特性成为了一项极为迫切的任务。本文在已有研究结果的基础上,以某在建大跨度悬索桥为工程背景,主要进行了一下研究工作:1、通过查阅文献,本文系统地论述了悬索桥的计算理论和方法,通过对计算理论和方法的比较和分析,选取了适合于具有结构大位移的悬索桥的静动力计算理论和方法。2、运用大型有限元软件建立了该桥的全桥三维有限元模型,求得成桥状态下主缆的线形,运用有限元程序进行了该桥的逆施工阶段分析,得出各个施工阶段的主缆线形并最终得出主缆的空缆线形。通过对主索鞍预偏量的分析,得出各个施工阶段的主索鞍顶推量及顶推阶段。3、分析了该桥的自振特性,通过分析发现该桥的自振周期比较长,一阶振型的周期达到12.588秒,说明该桥具有较强的柔性,研究该桥的地震反应时不宜采用反应谱方法;一阶振型为反对称竖弯说明该桥的竖向抗弯刚度较差。运用动态时程法分析了该桥的抗震性能。通过分析顺桥向+竖向、横桥向+竖向两种工况的人工地震动的结果表明竖向地震动的影响可控制结构抗震设计。主塔塔顶在承受地震荷载时会产生较大的弯矩,还会出现拉应力,抗震设计时应该注意到这一点。4、运用大型有限元程序,通过改变该桥的自重、温度、索塔刚度和边界条件等结构敏感参数,通过分析计算结果得出,这些结构参数对大跨悬索桥的线形都有一定的影响,对跨中挠度影响最大。而各参数中结构自重对悬索桥线形影响是最大的,其次是温度的影响,相对于自重和温度的影响,索塔刚度和边界条件对悬索桥的线形影响相对较小。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 悬索桥的发展概述
• 1.1.1 古代悬索桥
• 1.1.2 现代悬索桥
• 1.2 悬索桥的构造和形式
• 1.2.1 悬索桥的构造
• 1.2.2 地锚式悬索桥的形式
• 1.3 悬索桥计算理论的发展
• 1.4 国内外研究现状
• 1.5 本文研究的内容和重点
• 第二章 大跨悬索桥的静力理论分析
• 2.1 悬索桥的静力分析方法
• 2.1.1 竖向荷载下的结构分析方法
• 2.1.2 横向荷载下的结构分析方法
• 2.1.3 扭转或偏心荷载下的结构分析方法
• 2.1.4 悬索桥的空间分析
• 2.1.5 索塔的分析
• 2.2 悬索桥的主缆非线性
• 2.2.1 非线性有限位移理论
• 2.2.2 有限位移理论的计算公式与方法
• 2.3 主索鞍预偏量的计算
• 2.4 空缆状态索夹坐标计算
• 2.5 塔的结构分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 大跨悬索桥的动力理论分析
• 3.1 悬索桥的动力分析理论
• 3.1.1 古典解析方法
• 3.1.2 近似方法和经验公式
• 3.1.3 数值方法
• 3.2 悬索桥自振特性理论
• 3.2.1 固有振动特征方程的建立
• 3.2.2 振动特征方程的求解
• 3.3 悬索桥动力分析的有限元法
• 3.3.1 动力分析有限元模型
• 3.3.2 振型参与系数和振型贡献率
• 3.4 桥梁结构地震反应分析方法
• 3.4.1 静力法
• 3.4.2 动力反应谱法
• 3.4.3 动态时程分析法
• 3.5 本章小结
• 第四章 大跨度悬索桥静动力仿真计算分析
• 4.1 大跨悬索桥静力仿真分析
• 4.1.1 空缆线型分析结果
• 4.1.2 主索鞍预偏量分析结果
• 4.2 大跨悬索桥自振特性分析
• 4.2.1 大跨悬索桥主要的固有频率和振型
• 4.2.2 自振特性分析
• 4.3 大跨悬索桥地震动态时程分析有关参数选取
• 4.3.1 Rayleigh 阻尼系数
• 4.3.2 地震动的选取
• 4.4 大跨悬索桥地震动态时程分析结果
• 4.4.1 顺桥向+竖向输入地震波时程分析结果
• 4.4.2 横桥向+竖向输入地震波时程分析结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 大跨度悬索桥受力敏感参数分析
• 5.1 影响桥梁结构的参数
• 5.1.1 结构自重
• 5.1.2 温度
• 5.1.3 桥塔刚度
• 5.1.4 边界条件
• 5.2 参数的敏感性分析
• 5.2.1 结构自重敏感性分析
• 5.2.2 温度敏感性分析
• 5.2.3 结构刚度敏感性分析
• 5.2.4 边界条件敏感性分析
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 一、本文的主要工作及研究成果
• 二、对以后工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录
• 一、攻读硕士学位期间所参加的科研工作
• 二、攻读硕士学位期间学术论文发表情况
• 详细摘要
• ABSTRACT