大跨度三塔悬索桥静动力分析

论文摘要

近年来,随着我国交通运输事业的发展,需要修建大量大跨度桥梁以满足交通需求,悬索桥因其跨越能力强、结构轻型美观,成为大跨度桥梁中非常有竞争力的桥型。同时随着桥梁建设技术水平的不断进步,桥梁的跨越能力越来越大。为了跨越更大的水域或者适应特殊的地形环境,连续多塔多跨的悬索桥体系被提出了,其中尤以三塔双跨悬索桥方案受到桥梁工程师的青睐。大跨度三塔悬索桥作为一种新的结构形式,其静动力特性、结构不同约束体系的选择等问题都还需要进行深入地分析和研究。本文首先简要介绍了国内外悬索桥和多塔悬索桥的发展现状及力学性能。随后阐述了悬索桥几何非线性效应与处理并系统论述了弹性理论、几何非线性挠度理论、几何非线性离散吊杆理论和几何非线性有限元理论等悬索桥结构非线性静动力分析的基本理论。本文采用大型专业有限元软件MIDAS/Civil 2006对某三塔悬索桥M桥这一工程实例建立了有限元空间分析模型,并对其进行了初始平衡状态和结构静力分析。三塔悬索桥不同的约束形式对结构的内力与变形有不同的影响。本文随后采用MIDAS/Civil 2006分别建立有限元空间分析模型,对三塔悬索桥结构在不同的纵向约束和竖向约束体系下的静动力影响进行了研究和对比,提出了关于三塔悬索桥结构体系方案选择的建议,可为今后类似设计提供参考。主要结论为:纵向约束适宜仅设置中塔处纵向约束,在主缆与加劲梁间设置刚性中央扣需谨慎设计,也不必要在三塔处均设置纵向约束;竖向约束在加劲梁能满足应力要求时,适宜采用连续加劲梁在中塔处固结的结构形式;在加劲梁设计受限时,中塔处纵向不宜设置竖向约束。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 悬索桥概述
• 1.2 悬索桥发展
• 1.2.1 我国悬索桥的发展
• 1.2.2 欧洲悬索桥的发展
• 1.2.3 美洲悬索桥的发展
• 1.2.4 日本悬索桥的发展
• 1.2.5 多塔悬索桥的发展
• 1.3 悬索桥结构特征
• 1.3.1 悬索桥的结构组成
• 1.3.2 悬索桥的静动力特性
• 1.3.3 三塔悬索桥结构特征
• 1.4 本文的选题背景意义及主要工作
• 第二章 悬索桥结构静动力分析基本理论和方法
• 2.1 悬索桥几何非线性效应与处理
• 2.2 悬索桥几何非线性分析理论
• 2.2.1 悬索桥结构静力分析
• 2.2.2 悬索桥结构动力分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 三塔悬索桥空间几何非线性有限元分析
• 3.1 结构非线性分析基本理论
• 3.1.1 TL 和UL 增量列式法
• 3.1.2 CR 增量列式法
• 3.2 悬索桥结构分析的非线性有限元理论
• 3.2.1 悬索桥空间分析的有限单元法
• 3.2.2 各种有限元方程式增量形式的整体结构矩阵方程
• 3.3 非线性有限元求解
• 3.3.1 简单增量法
• 3.3.2 迭代法
• 3.3.3 增量迭代混合法
• 3.4 本章小结
• 第四章 三塔悬索桥空间静力分析
• 4.1 具体工程实例空间静力分析
• 4.1.1 工程实例
• 4.1.2 悬索桥初始平衡状态分析理论
• 4.1.3 建立全桥三维有限元模型
• 4.1.4 全桥静力分析
• 4.2 三塔悬索桥结构不同约束体系活载影响分析
• 4.2.1 加劲梁不同纵向约束体系活载影响研究
• 4.2.2 加劲梁不同竖向约束体系活载影响研究
• 4.2.3 小结
• 4.3 本章小结
• 第五章 三塔悬索桥空间动力分析
• 5.1 具体工程实例特征值分析
• 5.1.1 特征值分析
• 5.1.2 特征值比较
• 5.2 具体工程实例地震响应分析
• 5.2.1 地震响应分析方法
• 5.2.2 动态时程分析
• 5.3 三塔悬索桥结构不同约束体系特征值分析
• 5.3.1 加劲梁不同纵向约束体系自振特性研究
• 5.3.2 加劲梁不同竖向约束体系自振特性研究
• 5.3.3 小节
• 5.4 三塔悬索桥不同约束体系地震响应分析
• 5.4.1 加劲梁不同纵向约束体系地震响应研究
• 5.4.2 加劲梁不同竖向约束体系活载影响研究
• 5.4.3 小节
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文