能量法在斜拉橋靜力性能和面內(nèi)整體穩(wěn)定研究中的應(yīng)用.pdf

1、斜拉橋跨越能力大、結(jié)構(gòu)新穎、高效、美觀，已成為現(xiàn)代橋梁工程中發(fā)展最快、最具有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型之一。由斜拉橋的受力和構(gòu)造特點(diǎn)可知，隨著跨徑的不斷增大，必然會(huì)導(dǎo)致加勁梁纖細(xì)超柔、塔柱細(xì)長(zhǎng)超高、斜拉索越來越長(zhǎng)，從而使處于壓彎狀態(tài)的梁、塔承受的軸向壓力明顯增大，幾何非線性和材料非線性效應(yīng)凸顯出來。因此，非線性穩(wěn)定問題成為大跨度斜拉橋必須解決的核心問題之一，也成為其發(fā)展的控制因素，有必要對(duì)其進(jìn)行深入研究。
　　 目前，普遍采用有限元方法對(duì)斜拉

2、橋進(jìn)行穩(wěn)定性分析。考慮到有限元處理非線性問題時(shí)仍存在一些不足，因此本文欲另辟新徑，從能量的基本原理出發(fā)，綜合考慮各種非線性因素的影響，建立了斜拉橋整體非線性穩(wěn)定問題的求解方法，并編制了數(shù)值分析程序。研究和計(jì)算結(jié)果表明該方法計(jì)算效率高，精度較好。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　 在參考閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)斜拉橋穩(wěn)定研究的現(xiàn)狀及不足進(jìn)行了綜述。詳細(xì)闡述了穩(wěn)定分析及各種非線性問題的基本理論和數(shù)值分析方法。
　　 以斜拉橋整體結(jié)構(gòu)為

3、研究對(duì)象，考慮斜拉索垂度效應(yīng)、主梁和主塔中壓-彎效應(yīng)以及材料非線性等對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響，推導(dǎo)出主梁、主塔、斜拉索的勢(shì)能以及外力勢(shì)能的計(jì)算公式，進(jìn)而根據(jù)勢(shì)能駐值原理，得出斜拉橋結(jié)構(gòu)面內(nèi)整體穩(wěn)定分析的能量方程。
　　 基于上述方程，考慮水平漂移的影響，編制求解程序，對(duì)多類體系鋼斜拉橋（獨(dú)塔漂浮體系、獨(dú)塔半漂浮體系、獨(dú)塔固結(jié)體系，雙塔半漂浮體系等）進(jìn)行了靜力分析。通過與試驗(yàn)結(jié)果和有限元分析的對(duì)比，證明了本文方法的可行性。
　

4、　 進(jìn)一步，考慮雙非線性，分別采用本文方法和有限元方法，對(duì)上述各類體系斜拉橋進(jìn)行了面內(nèi)非線性整體穩(wěn)定性研究。分析結(jié)果表明，本文結(jié)果與試驗(yàn)值吻合良好，且較有限元結(jié)果偏于安全，證明了本文方法的正確性及高效性。同時(shí)，還采用有限元對(duì)上述各類體系斜拉橋按第一類穩(wěn)定問題進(jìn)行了研究，并與上述第二類穩(wěn)定分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，表明若按第一類穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)按照《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》規(guī)定取安全系數(shù)為4，結(jié)果有可能偏于不安全，并建議對(duì)斜拉橋的穩(wěn)定性

5、應(yīng)該按照第二類穩(wěn)定問題來求解。
　　 提出了能量影響線及其包絡(luò)圖的概念，并通過對(duì)斜拉橋主梁截面和各斜拉索的能量影響線的分析研究，合理評(píng)價(jià)了主梁和斜拉索的承載效率。進(jìn)一步，建議按照斜拉橋結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的能量分配比例，對(duì)各斜拉橋結(jié)構(gòu)體系的靜力性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，為方案比選提供依據(jù)。
　　 研究表明，采用本文方法對(duì)斜拉橋進(jìn)行靜力行為和面內(nèi)整體穩(wěn)定性分析，具有概念明確，通用性強(qiáng)，結(jié)果安全可靠等特點(diǎn)，說明能量法與有限元一樣，是一種具有良好發(fā)