大跨径钢箱梁斜拉桥的静力几何非线性分析研究

论文摘要

大跨度钢箱梁斜拉桥是由塔、加劲梁、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,索呈受拉状态,且其成桥内力状态具有多样性、结构受力呈非线性。本文是以江西九江长江二桥的初步设计方案为背景,首先介绍了斜拉桥非线性分析的基本理论和数值分析方法,然后应用大型通用有限元软件ANSYS根据初步设计方案,采用APDL命令,建立空间有限元分析模型,运用应变迭代方法确定合理成桥状态,计算分析了三个非线性效应（垂度效应、大变形效应、梁柱效应）及其各组合效应在成桥状态、全桥满载及中跨满载时对整桥内力和变形的影响,最后在漂浮体系成桥状态的条件下,还进行了漂浮体系、半漂浮体系、固结体系在荷载作用下的静力分析。本论文的主要结论如下:（1）成桥状态下,斜拉索垂度效应产生的非线性效应影响最大,是导致大跨度斜拉桥结构几何非线性的主要因素,结构的大变形效应影响次之,桥塔和主梁的梁一柱效应影响最小。（2）不同荷载工况下的计算结果分析表明,在中跨满载时桥塔的偏位和内力、主梁的位移和内力以及斜拉索的轴力均较其他工况为不利,但均满足《公路桥涵通用设计规范》（JTG D60-2004）及其他相关规范的要求。（3）在行车荷载作用下,各非线性工况结构的大变形效应影响最大,斜拉索垂度效应产生的非线性效应影响次之,桥塔和主梁的梁一柱效应影响最小;且各效应引起的非线性结果并不完全趋于同一方向。（4）随着体系从固结体系到半漂浮体系再到漂浮体系,传力途径在改变,有从梁→索→墩逐渐向梁→索→塔转移的趋势,对飘浮体系而言,传力途径是梁→索→塔。它的特点是梁的水平位移大。本论文的完成,可以为斜拉桥的设计、施工及科研提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 斜拉桥概述
• 1.2 国内外斜拉桥发展状况
• 1.3 斜拉桥结构体系的分类
• 1.4 斜拉桥几何非线性分析的研究现状
• 1.5 研究的现实意义
• 1.6 研究的主要内容
• 第二章 斜拉桥几何非线性分析理论及计算方法
• 2.1 斜拉桥几何非线性分析的方法
• 2.1.1 几何非线性分析的数值方法
• 2.1.2 带有动坐标的混合法
• 2.2 斜拉桥几何非线性影响因素
• 2.3 本章小结
• 第三章 大跨度斜拉桥成桥状态的确定及成桥非线性分析
• 3.1 概述
• 3.2 合理成桥状态的确定方法
• 3.3 应变迭代法确定合理成桥状态
• 3.3.1 合理成桥状态确定主要步骤和主要控制条件
• 3.4 工程概况
• 3.4.1 桥塔设计
• 3.4.2 钢主梁的设计
• 3.4.3 斜拉索的设计
• 3.4.4 主要采用的设计技术指标
• 3.5 有限元模型的建立
• 3.5.1 有限元模型采用的单元简介
• 3.5.2 结构构件的模拟
• 3.5.3 斜拉桥的边界条件
• 3.5.4 斜拉桥模型的简化
• 3.5.5 完整的空间有限元模型
• 3.6 成桥状态的确定及结果分析
• 3.6.1 自重和恒载的组合作用
• 3.6.2 自重荷载和恒载作用下的非线性分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 整桥在车辆活载作用下的静力分析
• 4.1 不同荷载工况的静力分析
• 4.1.1 各不同工况下的整体结构变形分析
• 4.1.2 桥塔的偏位
• 4.1.3 主梁和桥塔的内力
• 4.1.4 斜拉索轴力
• 4.2 行车荷载作用下的非线性分析
• 4.2.1 中跨满载时非线性分析
• 4.2.2 全跨满载时非线性分析
• 4.3 总结
• 第五章 不同结构体系特性分析
• 5.1 不同体系下的内力计算及分析
• 5.1.1 特殊位置的内力计算和分析
• 5.1.2 不同体系下拉索的应力分析
• 5.1.3 不同体系下位移的计算分析
• 5.2 总结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果