铁路钢箱梁单索面矮塔斜拉桥方案设计和结构静动力分析研究

论文摘要

矮塔斜拉桥是一种组合结构体系,其力学性能介于连续梁桥与斜拉桥之间。由于其良好的经济特性和美学效果,近些年在国内外得到了快速发展。论文以重庆某嘉陵江大桥为工程背景,提出钢箱梁单索面矮塔斜拉桥设计方案,运用大型有限元软件MIDAS/CIVIL 2006建立全桥有限元模型进行计算分析。论文首先进行施工阶段全过程模拟分析,分别对考虑和不考虑时间依存效应两种施工阶段进行计算,分析混凝土收缩徐变占主要因素的时间依存效应对结构施工过程和成桥后期的影响；然后进行运营阶段计算分析,通过考虑成桥状态恒载与活载、温度荷载、风荷载、温度梯度、制动力等多种荷载的组合,分析各分项荷载作用效应及其组合作用效应。其次,论文用反应谱法和动力时程分析法对结构的地震响应进行计算分析；对结构进行施工阶段和运营阶段的稳定性计算分析。最后,论文对嘉陵江大桥塔墩提出三种结构方案,研究三种塔墩对铁路大跨矮塔斜拉桥的适用性；运用大型通用有限元软件ALGOR 23.0建立了嘉陵江大桥塔墩梁部位详细计算模型,对塔墩梁固结部位进行了详细应力计算分析。由此,作者比较全面地了解了铁路钢箱梁矮塔斜拉桥的静力、动力和稳定性能,并掌握了运用大型有限元软件计算分析大跨度桥梁的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 矮塔斜拉桥的起源
• 1.2 矮塔斜拉桥的最新发展
• 1.3 钢箱梁在矮塔斜拉桥中的应用
• 1.4 矮塔斜拉桥的体系分类和结构特点
• 1.4.1 矮塔斜拉桥的体系分类
• 1.4.2 矮塔斜拉桥的结构特点
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 铁路钢箱梁矮塔斜拉桥方案设计和模型建立
• 2.1 铁路钢箱梁矮塔斜拉桥方案设计
• 2.2 桥梁各构件的模拟
• 2.2.1 引言
• 2.2.2 钢箱梁的模拟
• 2.2.3 塔柱和塔墩的模拟
• 2.2.4 斜拉索的模拟
• 2.2.5 基础的模拟
• 2.2.6 边界条件的模拟
• 2.3 混凝土收缩、徐变和强度增长的模拟
• 2.4 全桥空间组合有限元模型
• 2.5 小结
• 第3章 铁路钢箱梁矮塔斜拉桥静力计算分析
• 3.1 引言
• 3.2 施工阶段计算分析
• 3.2.1 施工阶段划分
• 3.2.2 施工阶段主梁计算分析
• 3.2.3 施工阶段塔柱计算分析
• 3.2.4 施工阶段塔墩计算分析
• 3.2.5 施工阶段索力计算分析
• 3.3 时间依存效应的影响分析
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 施工过程中时间依存效应的影响分析
• 3.3.3 成桥后期时间依存效应的影响分析
• 3.4 运营阶段计算分析
• 3.4.1 计算工况
• 3.4.2 活载作用下主梁计算分析
• 3.4.3 各分项荷载作用下结构计算分析
• 3.4.4 荷载组合作用下结构计算分析
• 3.5 小结
• 第4章 铁路钢箱梁矮塔斜拉桥动力计算分析
• 4.1 引言
• 4.2 自振特性计算分析
• 4.2.1 自振特性理论
• 4.2.2 自振特性计算分析
• 4.3 反应谱计算分析
• 4.3.1 反应谱理论
• 4.3.2 地震动输入
• 4.3.3 反应谱振型分析
• 4.3.4 反应谱及其组合应力计算分析
• 4.4 时程计算分析
• 4.4.1 时程分析理论
• 4.4.2 地震波选取
• 4.4.3 地震时程计算分析
• 4.5 小结
• 第5章 铁路钢箱梁矮塔斜拉桥稳定性计算分析
• 5.1 引言
• 5.2 施工阶段稳定性计算分析
• 5.2.1 裸塔阶段稳定性计算分析
• 5.2.2 最大双悬臂阶段稳定性计算分析
• 5.3 成桥阶段稳定性计算分析
• 5.4 运营阶段稳定性计算分析
• 5.5 小结
• 第6章 铁路钢箱梁矮塔斜拉桥三种塔墩结构方案的比较分析研究
• 6.1 引言
• 6.2 高塔墩结构设计原则和三种塔墩方案
• 6.3 三种方案塔墩的截面设计
• 6.3.1 双薄壁塔墩截面
• 6.3.2 空心塔墩截面
• 6.3.3 组合塔墩截面
• 6.4 成桥运营阶段塔墩应力计算比较
• 6.5 施工弹性稳定性计算分析
• 6.6 小结
• 第7章 铁路钢箱梁矮塔斜拉桥塔墩梁部位详细应力计算分析
• 7.1 有限元模型的建立和边界荷载作用
• 7.2 钢箱梁详细应力计算分析
• 7.2.1 顶板详细应力计算分析
• 7.2.2 底板详细应力计算分析
• 7.2.3 腹板详细应力计算分析
• 7.2.4 T肋详细应力计算分析
• 7.2.5 U肋详细应力计算分析
• 7.3 塔柱详细应力计算分析
• 7.4 塔墩详细应力计算分析
• 7.5 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目