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悬索桥初态及施工过程的精细算法

作　者: 赵怡彬
导　师: 邵旭东
学　校: 湖南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 悬索桥分段悬链线法索鞍修正预偏量主缆线形
分类号: U448.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 67次
引　用: 2次
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内容摘要

悬索桥是目前跨越能力最大的一种桥型,在跨江、跨海工程中具有无可比拟的优势。计算理论的发展,计算方法的改进,使悬索桥的安全系数由最初的4.0降低至2.5。并且随着跨径的增大,为了节约资金,方便施工,悬索桥构件尺寸不能与跨径同比例增大,可能导致某些构件安全储备较低,因此需要对悬索桥的各个状态、各个构件进行更加精确的分析,以保证其安全性。本文就是在分段悬链线法的基础上,分析了弹性伸长导致自重集度改变、自重垂度导致弹性模量折损以及温度效应等因素对悬索桥线形及受力的影响。ANSYS和MIDAS是悬索桥计算中的重要工具,本文运用这两种有限元软件对吉茶公路上的特大型悬索桥—矮寨大桥进行分析,将有限元计算结果与数值计算结果比较,结果吻合良好,证明了数值计算程序的正确性。为了提高桥梁整体的抗风性能,加劲梁的吊装可以采用逐段刚接的方法。为了考察逐段刚接的方法是否适合于矮寨大桥,本文用ANSYS模型模拟了全铰结和逐段刚结两种施工工艺,通过对比分析,发现逐段刚结法对主缆的受力影响不大,对加劲梁的影响很大,施工阶段加劲梁受力甚至比成桥更大,但应力仍在材料的承载力范围以内,因此逐段刚结在矮寨大桥上也是适用的。索鞍是悬索桥中一个重要的构件,它直接约束着主缆的变形。以前的设计计算往往直接以理论顶点作为计算依据,没有考虑鞍座的影响,这样是不精确的,对成桥标高的影响比较大。直到近期,人们才开始研究索鞍对线形的影响,但如何进行鞍座处主缆长度修正仍没有统一答案。本文在已有文献的基础上,提出了一种有效计算修正长度的方法。在得到验证的FORTRAN程序基础上,本文创新性地将索鞍修正引入各施工阶段的迭代程序中,以保证修正后的无应力长度始终相等。本文着重考察了索鞍对成桥状态的主缆线形、空缆和各施工状态的主缆线形及预偏量的影响。通过FORTRAN编程计算,比较理论顶点、传统几何方法和索鞍迭代求解三者的预偏结果,发现索鞍对各施工阶段的预偏量均有较大影响。用ANSYS对索鞍进行有限元模拟,也可以证实这一点。因此在设计计算中需要考虑索鞍的影响。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章概述  10-22
  1.1 悬索桥简介  10-14
    1.1.1 悬索桥的起源  10
    1.1.2 悬索桥的发展  10-12
    1.1.3 悬索桥的结构形式分类  12-13
    1.1.4 悬索桥的前景趋势  13-14
  1.2 悬索桥主要计算方法  14-20
    1.2.1 弹性理论  15-16
    1.2.2 挠度理论  16-18
    1.2.3 有限位移理论  18-19
    1.2.4 其它一些衍生计算理论  19-20
  1.3 本文的主要内容  20-22
    1.3.1 目的与重点难点  20-21
    1.3.2 本文的主要内容  21-22
第2章悬索桥主缆的精细解析算法  22-39
  2.1 概述  22-23
  2.2 主缆成桥线形的抛物线理论  23-26
    2.2.1 基本假定  23-24
    2.2.2 抛物线理论  24-26
  2.3 主缆成桥线形的精细计算  26-35
    2.3.1 考虑弹性伸长导致截面面积改变的分段悬链线法  26-28
    2.3.2 考虑自重垂度对悬链线段的影响  28-30
    2.3.3 考虑温度对无应力长度的影响  30
    2.3.4 考虑索鞍处主缆长度修正  30-35
  2.4 考虑鞍座的影响用倒拆法求空缆线形  35-36
  2.5 倒装法求各施工阶段的预偏量、线形及吊杆安装坐标  36-38
  2.6 无索鞍预偏的悬索桥分析  38
  2.7 本章小结  38-39
第3章悬索桥的有限元分析  39-54
  3.1 节线法求解悬索桥  39-42
    3.1.1 节线法求初始平衡状态  39-41
    3.1.2 悬索桥初始平衡状态  41-42
  3.2 施工过程的模拟  42-43
    3.2.1 正装法求解悬索桥各施工状态  42
    3.2.2 倒装法求解悬索桥各施工状态  42-43
  3.3 工程背景介绍  43-45
  3.4 有限元模型  45-49
    3.4.1 MIDAS 模型及正装法进行施工模拟  45-47
    3.4.2 ANSYS 模型及倒拆法进行施工模拟  47-49
  3.5 考虑索鞍的 ANSYS 模型  49-52
  3.6 本章小结  52-54
第4章解析方法与有限元方法的分析比较  54-73
  4.1 解析方法的验证  54-56
    4.1.1 弹性伸长对无应力长度的计算  54
    4.1.2 自重垂度对无应力长度的影响  54-55
    4.1.3 鞍座处程序的验证  55-56
  4.2 矮寨大桥的计算结果  56-66
    4.2.1 成桥状态的比较  56-58
    4.2.2 各施工阶段预偏值的比较  58-59
    4.2.3 各施工阶段线形的比较  59-60
    4.2.4 全铰结与逐段刚结受力的比较  60-66
  4.3 考虑索鞍的计算结果  66-70
    4.3.1 考虑索鞍对线形的影响  66-67
    4.3.2 索鞍处切点运动的规律  67
    4.3.3 预偏量的变化规律  67-69
    4.3.4 ANSYS 对索鞍的模拟  69-70
  4.4 关于跨径的思考  70-72
  4.5 本章小结  72-73
结论  73-75
展望  75-76
参考文献  76-79
致谢  79

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