预应力混凝土宽箱梁单索面斜拉桥抗扭性能研究

论文摘要

宽箱梁单索面斜拉桥由于其布置车道多、视野开阔在中等跨径桥梁中颇具竞争力。由于斜拉索对主梁抗扭不起作用，导致其结构扭转刚度小，在使用荷载作用下会导致较大的扭转变形和截面应力的不均匀分布。对于施工状态的单索面宽箱梁斜拉桥，由于结构尚未形成最终的体系，结构刚度尤其是扭转刚度更低，结构的扭转效应将会更加明显。本论文以富阳鹿山大桥为工程背景，对宽箱梁单索面斜拉桥从施工至成桥全过程的抗扭性能进行了分析研究，主要内容如下：基于结构分析软件MIDAS/CIVIL，首先建立结构平面杆系模型，利用未知荷载系数法确定斜拉桥的合理成桥状态，在此基础上利用倒拆-正装法进行桥梁的施工仿真确定其合理施工状态。其次，采用空间板单元、实体单元以及梁单元建立了成桥状态的精细化有限元模型，通过施加偏心荷载分析，探讨了成桥状态宽箱梁单索面箱梁桥的抗扭性能。最后，针对最大双、单悬臂和中跨合拢关键施工阶段，进行了结构在风荷载和施工荷载作用下的抗扭性能分析。研究结果表明：1) MIDAS/CIVIL的未知荷载系数调索功能可以方便有效快捷地确定成桥状态的合理索力，但计算合理施工初始张拉力则需要进行倒拆-正装反复计算。2)该桥在成桥和施工状态的扭转变形比较小，截面应力分布比较对称，顶底板扭转角沿纵向大小一致，说明此类跨径的单索面宽箱梁的抗扭性能良好，结构较安全。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 单索面斜拉桥国内外发展现状
• 1.3 宽箱梁单索面斜拉桥抗扭性能研究
• 1.3.1 箱梁的计算理论简介
• 1.3.2 箱梁扭转的因素
• 1.3.3 箱梁抗扭的研究现状
• 1.4 本文研究目的和意义及内容
• 1.4.1 本文研究的目的和意义
• 1.4.2 本文研究的内容
• 第二章 斜拉桥合理成桥状态的确定
• 2.1 引言
• 2.2 斜拉桥合理成桥状态确定的计算理论
• 2.2.1 恒载索力无约束优化法
• 2.2.2 恒载索力有约束优化法
• 2.2.3 基于 MIDAS/CIVIL 调索功能的未知荷载系数法
• 2.3 斜拉桥工程实例
• 2.3.1 总体布置
• 2.3.2 主桥结构设计
• 2.4 斜拉桥有限元模型的建立
• 2.4.1 斜拉桥三维有限元分析模型简介
• 2.4.2 斜拉桥有限元模型的建立
• 2.5 合理成桥状态计算
• 2.5.1 未知荷载系数功能约束条件的确定
• 2.5.2 合理成桥索力
• 2.5.3 合理成桥状态的内力
• 2.6 本章小结
• 第三章 斜拉桥合理施工状态的确定
• 3.1 引言
• 3.2 斜拉桥合理施工状态确定方法
• 3.2.1 斜拉索施工初始张拉力
• 3.2.2 主梁的预拱度
• 3.3 施工阶段划分
• 3.4 合理施工状态计算结果
• 3.4.1 斜拉索索力
• 3.4.2 主梁和主塔的变形
• 3.4.3 主梁和主塔的内力
• 3.4.4 主梁的应力
• 3.5 本章小结
• 第四章 单索面宽箱梁斜拉桥成桥状态的抗扭性能
• 4.1 引言
• 4.2 箱梁抗扭性能分析方法
• 4.2.1 解析法
• 4.2.2 数值法
• 4.3 鹿山大桥成桥状态抗扭性能分析
• 4.3.1 荷载计算及其工况
• 4.3.2 有限元模型的建立
• 4.3.3 荷载组合及关键截面
• 4.3.4 计算结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 单索面宽箱梁斜拉桥施工状态的抗扭性能
• 5.1 引言
• 5.2 施工状态主梁扭转性能分析
• 5.2.1 最大双悬臂
• 5.2.2 最大单悬臂
• 5.2.3 合拢
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文