静载荷与风载荷作用下的斜拉管桥有限元分析

论文摘要

斜拉管桥是一种中长跨越的常用桥梁。随着能源的地域性重新分配，人们更多地采用斜拉管桥来输送能源。本论文对静载荷和风力动载荷作用下的斜拉管桥进行了有限元分析。主要工作和结论如下：首先，通过对斜拉管桥的结构分析和力学简化，确定了其基本几何模型，并应用有限元分析软件，建立了斜拉管桥，包括斜拉索、风索、塔、主梁和输油管的三维有限元模型。应用APDL语言编程，实现所建模型的参数化。其次，根据确定成桥状态的方法，反复试算后确定了该斜拉管桥的成桥状态，详细分析了该状态时的各部件最大应力和最大位移，并以成桥状态为基础，对最大静载荷作用工况进行分析，得到最大应力和位移。根据相关工程设计准则，判断其应力和位移在许用范围内，符合工程设计要求。然后，对斜拉管桥风力动载荷的类型和抗风措施进行了分析和总结，并以本文研究的斜拉管桥为模型，详细分析了该桥在卡门涡激振动时的激振响应，得到桥中心和斜拉索振幅随其频率变化的规律。最后，通过综合考虑各种抗风措施，本文对该斜拉管桥提出的抗风措施为安装油阻尼器。在有限元分析中，本文利用弹簧单元模拟阻尼器的作用并赋予其相应的阻尼系数，得到了安装阻尼器后桥中心和各斜拉索振幅随频率变化的响应曲线，并将该结果与没有安装阻尼器时的振幅进行了对比研究，发现最大振幅仅为原来的1／3。则对于该斜拉管桥，安装油阻尼器是一种可行的抗风措施。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 斜拉桥发展综述
• 1.2.1 国内外斜拉桥的发展情况
• 1.2.2 现代斜拉桥迅猛发展的原因
• 1.2.3 斜拉桥目前存在的问题
• 1.2.4 斜拉桥今后的发展方向
• 1.3 前人对斜拉桥的研究
• 1.3.1 前人在斜拉管桥理论计算上所做的工作
• 1.3.2 前人在斜拉管桥有限元分析上所做的工作
• 1.4 课题主要内容
• 第二章 斜拉管桥有限元模型的建立
• 2.1 有限元数值分析理论及ANSYS软件简介
• 2.1.1 有限元数值分析理论简介
• 2.1.2 ANSYS软件简介
• 2.1.3 应用有限单元法分析斜拉管桥结构
• 2.2 斜拉管桥结构简介
• 2.3 材料特性、单元类型及其常数与截面的选取
• 2.3.1 材料特性
• 2.3.2 单元类型
• 2.3.3 单元常数与截面的选取
• 2.4 几何模型及有限元模型的建立
• 2.5 约束与载荷
• 2.5.1 约束
• 2.5.2 载荷
• 2.5.3 应力刚化与重力刚度的考虑
• 2.6 斜拉管桥各结构部件型的密度等效
• 第三章 斜拉管桥的静载荷分析
• 3.1 几何非线性基本理论
• 3.1.1 斜拉索垂度效应
• 3.1.2 结构大变形效应
• 3.1.3 弯矩和轴向力组合效应
• 3.2 斜拉管桥初始索力确定方法
• 3.3 成桥状态的静力分析
• 3.4 斜拉管桥的风雪静载荷分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 斜拉管桥风载荷动力分析及抗风措施的研究
• 4.1 斜拉管桥拉索的风致振动类型及特点
• 4.2 斜拉管桥的风载荷有限元分析
• 4.2.1 整体结构的模态分析
• 4.2.2 斜拉索的模态分析
• 4.2.3 谐响应分析
• 4.3 减振机理及措施的介绍
• 4.3.1 空气动力学控制措施
• 4.3.2 结构控制措施
• 4.3.3 机械阻尼控制措施
• 4.4 本斜拉管桥减振措施及其有限元分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书