大跨度斜拉桥几何非线性受力行为分析

论文摘要

大跨度斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成的高次超静定柔性结构体系。塔、梁受力呈压弯状态,且由于其成桥内力状态具有多样性、结构受力呈非线性、施工过程与成桥状态高度耦合的受力特点,所以斜拉桥考虑非线性影响的施工过程、及各种荷载作用下整体性分析成为突出的研究课题。本文的主要内容是大跨度斜拉桥的几何非线性受力行为分析。首先介绍了斜拉桥几何非线性分析的基本理论,阐述影响斜拉桥几何非线性的三个主要因素:大位移、斜拉索垂度效应和梁一柱效应,分别介绍了这三种非线性影响因素的有限元分析方法。特别关心桥梁结构的大位移和拉索垂度非线性效应,结合全桥对各种非线性的求解方法进行了讨论和计算。论文以广州珠江黄浦大桥北汊斜拉桥为工程背景,利用通用有限元程序Midas对该桥进行了几何非线性分析。通过对施工阶段和成桥阶段的所有工况分别进行线性与非线性计算并对结果进行比较分析得出几点结论:1)非线性因素中对主梁弯矩的影响最大的是斜拉索垂度的效应,大位移影响次之,弯矩与轴力组合效应影响最小,而且不同的施工阶段影响程度也不相同。2)在恒载作用下,斜拉索垂度效应是几何非线性的主要来源,梁一柱效应效应、大变形效应的影响相对较小,若仅仅进行线性分析,则计算所得结果的误差会很大。3)在活载作用下,可以用线性分析的手段对活载进行近似计算,以便减少计算量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 概述
• 1.1 斜拉桥的历史和发展概况
• 1.2 斜拉桥的结构与分类
• 1.3 斜拉桥结构静力非线性分析的研究现状
• 1.4 斜拉桥的施工阶段受力特点及分析方法
• 1.4.1 斜拉桥施工阶段的受力特点
• 1.4.2 斜拉桥施工阶段的分析方法
• 1.5 研究的现实意义
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 大跨度斜拉桥的几何非线性分析理论
• 2.1 几何非线性分析理论
• 2.1.1 物体的运动描述
• 2.1.2 应力、应变描述
• 2.1.3 几何非线性问题基本公式
• 2.1.4 两种拉格朗日描述的比较
• 2.2 大跨度斜拉桥几何非线性分析
• 2.2.1 斜拉索垂度产生的非线性效应
• 2.2.2 弯矩-轴力耦合产生的梁-柱效应
• 2.2.3 大变形效应
• 2.3 几何非线性有限元方程的数值解法及其应用
• 2.3.1 荷载增量法
• 2.3.2 迭代法
• 2.3.3 混合法
• 2.3.4 带有拖动坐标系的混合法
• 2.3.5 拖动坐标混合法在斜拉桥分析中的应用
• 2.4 非线性分析中两个关键问题的处理
• 2.4.1 增量步长选择
• 2.4.2 收敛准则
• 本章小结
• 第三章 斜拉桥施工阶段几何非线性分析
• 3.1 斜拉桥施工阶段计算前的准备
• 3.2 斜拉桥施工阶段分析方法
• 3.2.1 前进分析法
• 3.2.2 倒退分析法
• 3.2.3 实时跟踪分析
• 3.3 斜拉索的张拉
• 3.4 广州珠江黄浦大桥北汊斜拉桥工程概况
• 3.4.1 广州珠江黄埔大桥北汊斜拉桥工程简介
• 3.4.2 广州珠江黄埔大桥北汊斜拉桥技术参数
• 3.5 通用有限元程序在斜拉桥非线性分析中的应用
• 3.6 空间有限元分析
• 3.6.1 广州珠江黄浦大桥北汊斜拉桥有限元模型的建立
• 3.6.2 有限元计算分析
• 3.6.3 部分工况计算结果与非线性因素影响分析
• 本章小结
• 第四章 斜拉桥成桥阶段几何非线性分析
• 4.1 有限元计算分析
• 4.2 计算结果与非线性因素影响分析
• 4.2.1 二期恒载作用下几何非线性影响
• 4.2.2 车辆活载作用下几何非线性影响
• 本章小结
• 结论与建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文