自锚式悬索与斜拉组合体系桥梁汽车荷载效应研究

论文摘要

自锚式悬索与斜拉组合体系桥是一种新型的缆索承重桥。本文以实桥工程为依托,进行了满载和偏载工况的模型试验。同时,基于结构空间几何非线性有限元分析理论,借助通用有限元计算程序,针对模型桥建立计算模型,采用模型试验与数值模拟相结合的方式,分析自锚式悬索与斜拉组合体系桥在汽车荷载作用下各构件的受力情况。主要研究内容如下:1)分析了自锚式悬索与斜拉组合体系桥几何非线性的主要影响因素,包括主缆与斜拉索自重垂度效应,大变形效应、初内力的影响以及弯矩与轴向力的组合效应,用非线性有限元理论对自锚式悬索与斜拉组合体系桥结构受力进行分析,在刚度矩阵中考虑上述几何非线性因素,并提出有限元中相应的处理方法。2)基于几何非线性有限元分析理论,采用MIDAS/Civil通用有限元计算程序,针对满载和偏载阶段试验模型建立有限元计算模型,对模型桥的主跨满载、全桥满载、主跨偏载和全桥偏载四个工况进行模拟,并作结构分析。3)在汽车荷载模型试验的基础上,将实测结果与模型计算结果进行对比分析,研究自锚式悬索与斜拉组合体桥在汽车荷载作用下各构件的受力性能、变形情况及整个结构的安全状况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 自锚式悬索与斜拉组合体系桥的特点
• 1.3 空间结构分析方法
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第二章 自锚式悬索与斜拉组合体系桥空间几何非线性分析
• 2.1 自锚式悬索与斜拉组合体系桥空间分析
• 2.2 自锚式悬索与斜拉组合体系桥分析中的非线性
• 2.2.1 主缆与斜拉索自重垂度效应
• 2.2.2 大变形效应
• 2.2.3 初内力的影响
• 2.2.4 弯矩与轴向力的组合效应
• 2.3 几何非线性分析理论
• 2.3.1 变形体的运动描述
• 2.3.2 总体拉格朗日列式法
• 2.4.3 更新的拉格朗日列式法
• 2.4.4 T.L 列式与U.L 列式的异同及适用范围
• 2.4 结构离散及单元切线刚度矩阵
• 2.4.1 空间杆单元
• 2.4.2 空间梁单元
• 2.5 非线性方程组求解
• 2.5.1 非线性方程求解方法
• 2.5.2 收敛准则
• 2.6 本章小结
• 第三章 自锚式悬索与斜拉组合体系桥荷载模型试验
• 3.1 工程背景及特性分析
• 3.2 模型试验与相似理论简介
• 3.2.1 模型试验概述
• 3.2.2 相似性概述
• 3.2.3 相似定理
• 3.2.4 相似准则的导出方法
• 3.3 本桥模型设计
• 3.3.1 模型设计原则
• 3.3.2 相似关系
• 3.3.3 模型的设计与制作
• 3.4 试验内容
• 3.4.1 试验目的
• 3.4.2 模型测点及布置
• 3.4.3 试验步骤
• 3.4.4 模型加载
• 3.4.5 相关规定
• 3.5 本章小结
• 第四章 自锚式悬索与斜拉组合体系桥汽车荷载效应分析
• 4.1 试验模型桥有限元模型的建立
• 4.1.1 计算模型简介
• 4.1.2 满载和偏载阶段模拟
• 4.2 全桥满载试验结果分析
• 4.2.1 分缆力
• 4.2.2 斜拉索力
• 4.2.3 斜吊杆力
• 4.2.4 主缆线形
• 4.2.5 主梁挠度
• 4.2.6 塔顶位移
• 4.2.7 主梁应力
• 4.2.8 主塔应力
• 4.3 全桥偏载试验结果分析
• 4.3.1 分缆力
• 4.3.2 斜拉索力
• 4.3.3 斜吊杆力
• 4.3.4 主缆线形
• 4.3.5 主梁挠度
• 4.3.6 塔顶位移
• 4.3.7 主梁应力
• 4.3.8 主塔应力
• 4.4 汽车荷载偏载效应
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢