稳定型悬索桥钢筋混凝土板式加劲梁的优化研究

论文摘要

稳定型悬索桥是对传统悬索桥进行改进之后的一种桥型。该桥型适合于中小跨度的跨越。由于增加了倒张拉系统,稳定型悬索桥的整体刚度得到了一定程度的提高。加劲梁作为稳定型悬索桥的主要部件之一,其主要功能是把荷载传递到缆索上,加劲梁本身承受桥面系自重和活载。因此,一个好的设计既要使加劲梁能承受活载、重量轻,又能保持桥的载荷置换特性。本文以有限元数值分析为基础,对稳定型悬索桥加劲梁的优化问题进行研究。主要工作和成果如下：1,归纳总结了中外悬索桥的发展历程,介绍了稳定型悬索桥的构造原理及其力学性能。2,阐述了悬索桥的设计计算理论、薄板理论、有限元理论及大型通用有限元软件ANSYS的二次开发技术。3,为了研究需要,本文对常见悬索桥的加劲梁进行了归类。加劲梁按照两种不同分法间的相互组合便得到了以下几种加劲梁：钢板式加劲梁、钢箱加劲梁、钢桁架加劲梁、钢筋混凝土箱形加劲梁、钢筋混凝土板式加劲梁。4,根据稳定型悬索桥的力学特性及对桥面系的要求,确定加劲梁的形式。根据分析和比较,认为钢筋混凝土板式加劲梁对于稳定型悬索桥是适合的选择。5,基于ANSYS有限元分析平台,利用其二次开发工具,选择了APDL+UIDL的开发模式,开发出用于稳定型悬索桥建模的专用菜单及配套的参数化程序。从而大幅提高桥梁有限元建模的效率。为稳定型悬索桥的计算分析提供了极大的方便。6,研究了钢筋混凝土板式加劲梁在稳定型悬索桥中的力学性能。利用上述二次开发程序,快速生成不同加劲梁节段长度、不同板厚的桥梁模型。分别在四组规范载荷工况下进行非线性有限元静力分析,对计算结果进行分析比较后选择出最适宜的加劲梁节段长度与桥板厚度。本文对稳定型悬索桥钢筋混凝土板式加劲梁进行优化研究,得出的结论,可供稳定型悬索桥桥面系设计时参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 国内外悬索桥的发展历程
• 1.1.1 中国悬索桥的发展
• 1.1.2 国外悬索桥的发展
• 1.2 稳定型悬索桥简介
• 1.2.1 稳定型悬索桥简介
• 1.2.2 稳定型悬索桥的研究概况
• 1.3 论文的提出
• 第二章 悬索桥设计计算理论及薄板理论
• 2.1 悬索桥设计计算理论
• 2.1.1 弹性理论
• 2.1.2 挠度理论
• 2.1.3 有限位移理论
• 2.2 薄板理论
• 2.2.1 薄板简介
• 2.2.2 薄板的基本微分方程
• 2.2.3 薄板的内力
• 第三章 非线性有限元理论及ANSYS的二次开发
• 3.1 非线性有限元理论
• 3.1.1 有限单元法基本理论
• 3.1.2 非线性有限元法
• 3.1.3 悬索桥中的非线性有限元理论
• 3.2 ANSYS的二次开发
• 3.2.1 ANSYS二次开发简介
• 3.2.2 APDL—参数化设计语言
• 3.2.3 UIDL—用户图形界面设计语言
• 3.2.4 UPFs—用户可编程特性
• 3.2.5 小结
• 第四章 稳定型悬索桥加劲梁的选择及桥梁建模的二次开发
• 4.1 悬索桥中加劲梁的种类
• 4.1.1 加劲梁的分类
• 4.1.2 钢板式加劲梁
• 4.1.3 钢箱加劲梁
• 4.1.4 钢桁架加劲梁
• 4.1.5 钢筋混凝土箱形加劲梁
• 4.1.6 钢筋混凝土板式加劲梁
• 4.2 加劲梁的选择
• 4.2.1 材料的选择
• 4.2.2 结构形式的选择
• 4.3 稳定型悬索桥的参数化建模
• 4.3.1 单元的选择
• 4.3.2 参数化程序的结构
• 4.4 稳定型悬索桥的用户图形界面设计
• 4.4.1 UIDL设计流程
• 4.4.2 汉化问题
• 第五章 模拟计算及结果分析
• 5.1 加劲梁节段长度的选择
• 5.1.1 桥梁基本参数
• 5.1.2 工况设置
• 5.1.3 加劲梁节段长度的选择
• 5.2 加劲梁厚度的优化
• 5.2.1 竖向位移
• 5.2.2 缆索及吊杆
• 5.2.3 加劲梁内力
• 5.2.4 小结
• 5.3 板的局部受力分析
• 5.4 模态分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B APDL参数化程序
• 附录C UIDL用户图形界面程序