张弦梁结构人行桥的施工全过程数值模拟及参数分析

论文摘要

近年来,张弦梁结构越来越多的应用于大跨度空间屋面,但把张弦梁结构应用于人行桥却未见记载。本文以实现东北电网电力交易中心主辅楼之间的人行桥为研究出发点,提出了一种张弦梁结构人行桥体系,模拟了结构体系的施工全过程,对结构体系进行了模态分析,总结了各性能参数对于结构体系的影响。对比研究表明,本文提出的张弦梁人行桥体系比传统钢筋混凝土结构自重轻,跨越能力强；比钢结构造价低；比索网结构刚度大,自振频率高；比传统的单向张弦梁体系在平面外稳定性能方面有明显提高,又没有产生传统多向张弦梁体系复杂的节点,是一种适宜的人行桥结构形式。施工全过程分析表明,张弦梁人行桥的施工过程应分为钢梁安装,张拉和使用阶段。在安装阶段需要设置临时支撑,在张拉阶段以钢梁脱离临时支撑为张拉目标确定临界张拉力,在使用阶段需要将滑动铰支座转化为固定铰支座。模态分析表明,张弦梁人行桥中引入的组合桥面板,明显地增加了结构体系的刚度,使人行桥的自振频率增大,远离人的步行频率,不会与人步行荷载发生共振。参数分析表明,随着张弦梁人行桥梁弦刚度比的增大,结构整体刚度明显减小,随着矢高比的增大,结构刚度明显增大。临时支撑对于结构的最终刚度影响很小,因此,确定临时支撑的数量时,无需考虑临时支撑对于结构最终状态的影响,只需以施工过程为目标,保证在施工过程中钢梁和组合桥面板应力和变形不超标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 该论文的研究背景
• 1.2 张弦梁结构概述
• 1.2.1 张弦梁结构的分类
• 1.2.1.1 平面张弦梁结构
• 1.2.1.2 空间张弦梁结构
• 1.2.2 张弦梁结构的特点
• 1.3 张弦梁结构的研究现状及实际工程
• 1.3.1 张弦梁结构的静力学分析方法
• 1.3.2 张弦梁结构的动力学分析方法
• 1.3.3 张弦梁结构的典型工程实例
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 张弦梁结构的非线性分析基本理论
• 2.1 结构非线性分析
• 2.1.1 几何非线性问题的表达方法
• 2.1.2 几何非线性理论基础
• 2.1.3 牛顿—拉斐逊（N-R）迭代法
• 2.1.4 修正的牛顿—拉斐逊（N-R）迭代法
• 2.2 张弦梁的非线性
• 2.2.1 形状确定理论概述
• 2.2.2 张弦梁结构的受力状态定义
• 2.2.3 拉索中预应力引入的计算方法
• 2.2.3.1 等效荷载法
• 2.2.3.2 缺陷长度法
• 2.2.3.3 初始应变法
• 2.2.3.4 初始索段原长法
• 第3章 张弦梁人行桥施工阶段全过程数值模拟
• 3.1 新型空间张弦梁人行桥体系
• 3.1.1 张弦梁人行桥体系概述
• 3.1.2 张弦梁结构与传统结构体系的对比
• 3.1.3 张弦梁人行桥体系与传统张弦梁结构的对比
• 3.2 张弦梁人行桥的施工方法
• 3.2.1 典型张弦梁结构的施工方法
• 3.2.2 张弦梁人行桥的施工方法
• 3.3 张弦梁人行桥施工全过程数值模拟基础
• 3.3.1 MIDAS/GEN程序介绍
• 3.3.2 张弦梁人行桥的施工全过程分解
• 3.3.3 施工全过程数值模拟的实现
• 3.3.3.1 临时支撑的数值模拟
• 3.3.3.2 施工方法的数值模拟
• 3.3.3.3 确定张拉过程的控制变量
• 3.3.3.4 计算模型的建立
• 3.4 应用MIDAS/GEN程序进行施工全过程模拟
• 3.4.1 第一施工阶段分析
• 3.4.2 第二施工阶段分析
• 3.4.2.1 第二施工阶段的变化过程
• 3.4.2.2 临界张拉力的确定
• 3.4.2.3 张拉过程结构的变化
• 3.4.2.4 超张拉对于结构体系的影响
• 3.4.2.5 组合桥面板受拉钢筋的确定
• 3.4.3 第三施工阶段分析
• 3.4.3.1 第三施工阶段的变化过程
• 3.4.3.2 建筑面层铺设对结构的影响
• 3.4.3.3 支座的固定
• 3.4.3.4 活荷载对结构体系的影响
• 第4章 张弦梁人行桥的模态分析
• 4.1 概述
• 4.2 张弦梁人行桥的模态分析
• 4.2.1 计算模型的建立
• 4.2.2 张弦梁人行桥自振模态和频率
• 4.3 本章小结
• 第5章 张弦梁人行桥张拉过程的参数分析
• 5.1 参数选择和结构性能评价指标
• 5.1.1 参数选择
• 5.1.2 张拉过程结构性能衡量指标
• 5.1.3 张弦梁人行桥结构计算数据
• 5.2 张弦梁人行桥施工阶段的参数分析
• 5.2.1 截面特性参数对施工阶段结构受力性能的影响
• 5.2.1.1 梁弦刚度比α对结构受力性能的影响
• 5.2.2 几何形状参数对施工阶段结构受力性能的影响
• 5.2.2.1 矢跨比κ对结构受力性能的影响
• 5.2.2.2 撑杆数量n
• 5.2.3 施工参数对张拉阶段结构受力性能的影响
• 5.3 参数与结构性能的关系及其合理取值
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录A
• 致谢
• 作者从事科学研究和学习经历的简历