鋼桁公鐵斜拉橋極限狀態(tài)分析.pdf

1、近年來(lái)，隨著鐵路現(xiàn)代化的建設(shè)，跨越大江大河線(xiàn)路工程的增加，斜拉橋以其優(yōu)美的線(xiàn)型、良好的跨越性能等特點(diǎn)成為公鐵兩用橋梁的主要推薦方案。但由于其本身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，國(guó)內(nèi)外對(duì)其研究的資料和成果很少。為了確保鋼桁公鐵斜拉橋在成橋運(yùn)營(yíng)期間的安全性，使得鋼桁公鐵斜拉橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加經(jīng)濟(jì)合理，本文以武漢天興洲大橋鋼桁公鐵斜拉橋?yàn)楣こ瘫尘?，以超大跨斜拉橋設(shè)計(jì)理論與密索多索問(wèn)題為主線(xiàn)，開(kāi)展了索力優(yōu)化與非線(xiàn)性問(wèn)題、鋼桁公鐵斜拉橋自振特性分析、力學(xué)性能參數(shù)研究

2、、控制構(gòu)件分析等問(wèn)題的研究工作。本文的研究工作和取得的主要成果有： （1）以天興洲大橋?yàn)楣こ瘫尘?，系統(tǒng)地研究總結(jié)了各種斜拉橋索力優(yōu)化方法，提出了一套基于幾何非線(xiàn)性有限元理論的大跨度密索體系斜拉橋成橋索力多目標(biāo)優(yōu)化和兩階段迭代計(jì)算法，詳細(xì)討論了大跨度鋼桁公鐵斜拉橋成橋索力計(jì)算方法。經(jīng)過(guò)與經(jīng)典算例的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，對(duì)程序的精度和可靠性加以了驗(yàn)證。實(shí)現(xiàn)了大跨度密索斜拉橋成橋索力方便快捷的計(jì)算，并可保證成橋狀態(tài)斜拉橋塔梁索的應(yīng)力狀態(tài)比

3、較理想。 （2）介紹了幾何非線(xiàn)性分析中梁?jiǎn)卧?、桿單元、索單元、板單元的處理方法。將空間梁（桿）單元、空間懸鏈線(xiàn)索單元以及空間板殼單元結(jié)合起來(lái)，形成了一套完整的適合于斜拉橋結(jié)構(gòu)分析的幾何非線(xiàn)性有限元計(jì)算方法。比較了五種設(shè)計(jì)荷載工況下的靜力分析結(jié)果，確定出最不利荷載工況，進(jìn)行全橋結(jié)構(gòu)效應(yīng)分析計(jì)算。按極限狀態(tài)分析法進(jìn)行作用效應(yīng)組合，計(jì)算極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)變形，主塔、主桁桿件、橋面系、拉索的應(yīng)力分布和應(yīng)力水平。確定出對(duì)結(jié)構(gòu)安全性貢獻(xiàn)最大的控

4、制構(gòu)件。研究表明，主桁豎桿為鋼桁公鐵斜拉橋結(jié)構(gòu)體系中最重要受力構(gòu)件，在承載能力極限狀態(tài)下，主桁豎桿的最大拉應(yīng)力水平超過(guò)材料容許拉應(yīng)力的50％，因此對(duì)鋼桁公鐵斜拉橋在設(shè)計(jì)施工中，對(duì)主桁豎桿的應(yīng)力控制尤為重要。 （3）對(duì)斜拉橋非線(xiàn)性計(jì)算方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，就非線(xiàn)性對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響進(jìn)行了綜合比較研究。討論了幾何非線(xiàn)性對(duì)成橋索力以及恒載作用下結(jié)構(gòu)變形的影響，結(jié)果表明，幾何非線(xiàn)性對(duì)恒載很大的鋼桁公鐵斜拉橋的成橋索力以及恒載作用下主跨跨中

5、撓度影響不大，在進(jìn)行大跨度公鐵斜拉橋成橋索力計(jì)算程序編譯時(shí)，在同時(shí)能夠提高運(yùn)算速度又能滿(mǎn)足計(jì)算結(jié)果精度的要求下，可以忽略幾何非線(xiàn)性的影響。此外，還分析了幾何非線(xiàn)性對(duì)極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)變形，主塔、主桁桿件、橋面系、拉索的應(yīng)力分布和應(yīng)力水平的影響。分析結(jié)果表明，在對(duì)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的鋼桁公鐵斜拉橋進(jìn)行受力特性分析的時(shí)候，必須計(jì)入幾何非線(xiàn)性的影響，主塔應(yīng)力分布和應(yīng)力水平受幾何非線(xiàn)性影響尤為明顯，其它的構(gòu)件，如主桁斜桿、下弦桿以及鐵路橫縱平系等受幾何非線(xiàn)

6、性的影響也較大。 （4）對(duì)天興洲鋼桁公鐵斜拉橋模型進(jìn)行動(dòng)力特性分析，并依此為基礎(chǔ)，研究了最佳索塔高跨比、邊中跨之比、主梁高跨比以及最佳輔助墩位置，并討論了主塔剛度、拉索抗拉剛度、鋼桁梁各桿件剛度、橋面板剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)天興洲大橋自振特性性能的影響。經(jīng)過(guò)對(duì)大跨度鋼桁梁斜拉橋的研究，得出最佳索塔高跨比為1/3、最佳的輔助墩布置范圍在最外側(cè)拉索索位與中索（與最長(zhǎng)索和最短索距離相等的位置）索位之間等結(jié)論，研究還發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變鋼桁主梁