悬索桥主塔结构稳定性分析和可靠性研究

论文摘要

悬索桥的主要承重构件是悬索、吊杆和主塔,其中主塔承受桥梁的全部重量和车辆、风载等,其安全性处于整座桥梁安全性的首位。对于这种主要的承压结构,除了强度和刚度的必要分析外,必须进行稳定性分析。本论文以珠江虎门大桥为分析原型,从桥梁建造阶段、正常通车运行状态和车辆载荷、风载同时作用状态等三种工况,对主塔结构进行稳定性分析,建立了结构失稳临界状态的理论分析模型;通过有限元法、借助ANSYS分析软件,对主塔结构进行稳定性分析。通过分析,获得三种工况下主塔的临界压力,并利用理论分析模型检验结果的准确性,得出了载荷作用方式与主塔结构稳定性的关系,并给出提高稳定性的建议,完善了悬索桥结构分析工作在工程结构设计过程中,会遇到许多不确定性或随机因素。传统的确定性分析中,随机因素的影响被忽略或通过使用比较保守的假定来考虑,如引入意义不明确的安全系数,这些不确定因素有时会导致不经济的设计。本课题在对悬索桥主塔结构的可靠性分析中,根据稳定性分析结果,选取最悬索桥最复杂受力工况,考虑到车辆载荷、风载、结构变形导致悬索偏移引起的横向载荷等因素的影响,从稳定的角度分析了主塔结构的可靠性。通过分析,得到主塔结构的可靠度结果和影响影响可靠性的主要因素,也证明了现有虎门大桥的主塔可靠度。根据结构稳定性分析和可靠性研究的结果,提出了主塔结构优化设计的思路和设想,为结构的设计和安全监测提供了分析方法和理论指导。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 悬索桥简述
• 1.2 课题的背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 结构稳定性研究现状
• 1.3.2 结构可靠性研究现状
• 1.4 本课题的内容及意义
• 1.4.1 课题内容
• 1.4.2 课题的意义
• 第二章 悬索桥的参数化有限元模型的应用
• 2.1 虎门大桥的结构简介
• 2.2 ANSYS 和APDL 概述及其关系
• 2.3 悬索桥各部分结构参数化分析简述
• 2.3.1 悬索、吊杆的参数化有限元模型
• 2.3.2 加劲梁的参数化有限元模型
• 2.3.3 主塔的参数化有限元模型
• 2.3.4 整桥的参数化有限元模型
• 2.4 本章小结
• 第三章 悬索桥主塔结构的动静态响应分析
• 3.1 悬索桥主塔结构的动静态响应分析的目的
• 3.2 悬索桥主塔结构的动态响应分析
• 3.2.1 瞬态动力学分析概述
• 3.2.2 悬索桥主塔结构动态响应分析
• 3.3 悬索桥主塔结构的静态响应分析
• 3.3.1 静态力学分析概述
• 3.3.2 悬索桥主塔结构静态响应分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 悬索桥主塔结构稳定性分析
• 4.1 结构稳定性分析概述
• 4.1.1 稳定性的概念
• 4.1.2 工程构件失稳种类
• 4.1.3 结构稳定性主要分析方法
• 4.2 悬索桥主塔结构稳定性分析——理论分析
• 4.3 ANSYS 屈曲分析概述
• 4.4 悬索桥主塔结构稳定性分析——有限元分析
• 4.4.1 工况一：建造过程中
• 4.4.2 工况二：成桥状态
• 4.4.3 工况三：复杂加载状态
• 4.5 理论分析结果和ANSYS 计算结果的验证
• 4.6 本章小结
• 第五章 悬索桥主塔结构可靠性分析
• 5.1 可靠性分析原理
• 5.2 可靠性分析基本方法
• 5.2.1 蒙特卡罗法
• 5.2.2 响应面法
• 5.2.3 蒙特卡罗法与响应面法比较
• 5.3 ANSYS 可靠性分析简介
• 5.4 主塔结构可靠性分析概论
• 5.5 主塔结构ANSYS 可靠性分析
• 5.5.1 生成分析文件
• 5.5.2 可靠性分析
• 5.5.3 结果分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 基于可靠性分析的主塔结构优化探讨
• 6.1 基于可靠性分析的结构优化概述
• 6.2 基于可靠性分析的主塔结构优化设计探讨
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文完成的工作
• 7.2 本文的创新点
• 7.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A: 悬索桥主塔结构的动态响应分析的命令流
• 附录B: 主塔结构稳定性分析命令流
• 附录C: 主塔结构可靠性分析命令流
• 附录D: 主塔结构可靠性分析结果文件
• 附录E: 攻读硕士学位期间发表论文清单