雙塔斜拉橋主體結(jié)構(gòu)力學(xué)研究.pdf

1、計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)是一種迅速發(fā)展的信息技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)重人工程和工業(yè)產(chǎn)品的計(jì)算分析、模擬仿真與優(yōu)化設(shè)計(jì)的工程軟件，是支持T程科學(xué)家進(jìn)行創(chuàng)新研究和工程師進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)的、最重要的工具和手段。利用CAE分析，可對(duì)所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行各種靜態(tài)，模態(tài)，瞬態(tài)等分析。在虛擬環(huán)境下，預(yù)測(cè)產(chǎn)品的性能，獲得產(chǎn)品的最優(yōu)化化設(shè)計(jì)方案。 蘇通人橋位丁長(zhǎng)江南通河段，是近期規(guī)劃建設(shè)的長(zhǎng)江最下游橋梁。主要由北岸接線工程、跨江人橋工程和南岸接線工程三部分組成。建成

2、后的蘇通人橋?qū)?chuàng)造四個(gè)世界之最：最大主跨，最深基礎(chǔ)，最高塔橋，最長(zhǎng)拉索。建成后的蘇通人橋?qū)⒊蔀槭澜缃蚴飞系囊蛔锍瘫?。?duì)于這樣規(guī)模的千米級(jí)跨度的雙塔斜拉橋，其設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的可行性迫切需要通過相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究予以驗(yàn)證。本課題即是在這種研究背景_卜，運(yùn)用所學(xué)的CAE中的有限元理論與軟件程序米對(duì)蘇通人橋的主橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力和動(dòng)力分析，作為其中的關(guān)鍵技術(shù)的一部分，研究的內(nèi)容具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。 蘇通大橋的主橋采用的是雙塔斜拉索

3、方案，斜拉索橋是復(fù)雜的空間超靜定結(jié)構(gòu)，具有空間靜力的特性，理論上應(yīng)采用空間結(jié)構(gòu)來分析。本課題用目前國內(nèi)常規(guī)的由平面模型得到內(nèi)力與變形再乘荷載橫向分布系數(shù)的模式米考慮結(jié)構(gòu)的空間效應(yīng)。斜拉橋的三維空間有限元模型一般分為兩種，一種為空間桿系模型，一種為空間板、殼、梁、塊體模型。后者更接近實(shí)際，但計(jì)算工作量巨火。在斜拉橋的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析中，振型是空間分布的，必須使用二維空間有限元方法。 運(yùn)用有限元分析，第一項(xiàng)任務(wù)是計(jì)算了蘇通大橋主橋上部結(jié)

4、構(gòu)的靜力分布，通過建立靜力分析力學(xué)模型，采用空間桿單元?jiǎng)澐中崩?，空間梁?jiǎn)卧獎(jiǎng)澐炙魉?，空間板單元?jiǎng)澐种髁?，?jì)算出斜拉索、索塔和主梁的內(nèi)力，然后根據(jù)主梁內(nèi)力，建立扁平流線形鋼箱梁的三維有限元模型，計(jì)算主梁的應(yīng)力和變形；本課題的第二項(xiàng)任務(wù)為計(jì)算蘇通大橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析，主要是振動(dòng)的基頻和振型分析，包括對(duì)稱側(cè)彎、縱飄、一階對(duì)稱豎彎、一階反對(duì)稱豎彎、塔、梁側(cè)彎耦合等，為蘇通大橋抗震和抗風(fēng)研究提供依據(jù)。具體完成了如下幾項(xiàng)工作： 1．蘇通大橋上

5、部主橋靜力分析的幾何和力學(xué)建模； 2．蘇通大橋結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的幾何和力學(xué)建模； 3．斜拉索、索塔和主梁的內(nèi)力分布情況； 4．主梁的應(yīng)力和變形分布； 5．蘇通人橋的基頻； 6．蘇通人橋的基本振型。 論文的創(chuàng)造性成果如下： 1．結(jié)構(gòu)靜力分析結(jié)論：通過分析簡(jiǎn)化、建立計(jì)算模型、離散加載、計(jì)算分析得出了土橋在白重+恒載、白重+恒載+汽一超20級(jí)兩種載荷組合時(shí)的變形、位移和應(yīng)力分布情況。計(jì)算結(jié)果

6、顯示，最人應(yīng)力和位移都山現(xiàn)在主梁的跨中部位，土梁及索塔的應(yīng)力較小，滿足構(gòu)件的強(qiáng)度要求；在車輛活載作用下主梁及索塔的何移和撓度滿足《公路橋涵通用規(guī)范》(JTJ021—89)及其他相關(guān)規(guī)范的要求。但也發(fā)現(xiàn)在兩塔塔分離處，由丁應(yīng)力集中的影響出現(xiàn)最人應(yīng)力，在工程中可以通過過渡圓弧減小應(yīng)力集中的程度，也可通過配筋凋整混凝十的受力狀態(tài)，改變應(yīng)力分布，不會(huì)影響使用安全。 2．結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析結(jié)論：人跨度的斜拉橋，確保其抗震安全性非常重要。而橋梁結(jié)

7、構(gòu)的抗震性能主要取決于其結(jié)構(gòu)體系，通過對(duì)塔梁的連接條件，過渡墩與輔助墩形式這兩種結(jié)構(gòu)體系建立的三維有限元計(jì)算模型，計(jì)算分析比較顯示：塔、梁連接條件對(duì)地震反應(yīng)的影響相當(dāng)大。斜拉橋采用半飄浮體系時(shí)，梁端和塔頂?shù)奈灰坪艽螅浑p塔與梁主從時(shí)，塔柱的彎矩、特別是剪力又較大；僅左塔與梁主從時(shí)，兩塔內(nèi)力反應(yīng)很懸殊，對(duì)整體抗震不利。從抗震的角度看，這三種體系的整體抗震性能都不理想；如果雙塔與梁均采用彈性迮接，則橋梁結(jié)構(gòu)整體抗震性能將會(huì)改進(jìn)；當(dāng)輔助墩和錨固