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矮塔斜拉桥最优塔跨比的分析与研究

作　者: 闫晨
导　师: 罗娜
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 矮塔斜拉桥 影响矩阵 索力优化 塔跨比
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


矮塔斜拉桥是在常规斜拉桥的基础上发展起来的一种新的桥梁结构形式。其结构特性介于连续梁桥与常规斜拉桥之间,具有刚柔相济的特点。矮塔斜拉桥主要通过主梁受弯承受竖向荷载,斜拉索的竖向分力承担剩余的竖向荷载。同时,斜拉索的水平分力像体外预应力一样对主梁起加劲作用,从而达到改善主梁受力性能的目的。相比其他桥型而言,国内修建的矮塔斜拉桥数量较少,对其结构特性的研究还存在一定不足。论文收集、总结和分析了国内外有关矮塔斜拉桥的研究资料,用影响矩阵法对索力进行了优化,研究了塔高变化对主梁、拉索等各个方面的影响,选取了优化函数并对最优塔跨比做了有益的探讨。首先,文章阐述了国内外矮塔斜拉桥的发展现状和研究情况。矮塔斜拉桥是一种新颖桥型,具有优越的结构性能和良好的经济指标,近些年来在国内外发展势头迅猛。但矮塔斜拉桥的施工经验及研究工作还不足,对其结构特性还需做进一步的研究。其次,介绍了矮塔斜拉桥的总体设计,如跨径布置、主梁截面形式、拉索布置形式及主塔布置等。并回顾了矮塔斜拉桥静力分析理论,如有限元法、活载内力计算和几何非线性等。另外,阐述并比较了各种索力优化理论,并用MADIS/Civil建立实桥模型,借助MATLAB软件的强大计算能力,采用影响矩阵法对实桥索力进行了优化。将优化后的索力值代入模型,并对主梁的弯矩、应力、位移及索力等进行全面分析。最后,拟定几组合理的塔高,分别利用影响矩阵法进行索力优化,详细分析了塔高变化对主梁及索力的影响,并利用MATLAB软件中的曲线拟合工具箱对塔梁弯曲应变能、墩顶主梁弯矩、拉索用索量等进行了拟合。综合考虑塔梁弯曲应变能、墩顶主梁弯矩、位移、应力和拉索用索量,建立合理的目标函数并求解,得出最优塔跨比,使得主梁和拉索受力相对合理。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 引言  10-11
  1.2 国内外发展状况  11-17
    1.2.1 矮塔斜拉桥的名称  11
    1.2.2 矮塔斜拉桥的定义  11-13
    1.2.3 矮塔斜拉桥的发展现状  13-17
  1.3 矮塔斜拉桥的理论研究  17-18
  1.4 研究方法和主要研究内容  18-19
第二章 总体布置与理论分析  19-29
  2.1 总体布置  19-23
    2.1.1 结构体系  19-20
    2.1.2 跨径  20
    2.1.3 主梁  20-21
    2.1.4 主塔  21
    2.1.5 斜拉索  21-22
    2.1.6 锚固方式  22
    2.1.7 主梁无索区段  22-23
  2.2 静力理论分析  23-28
    2.2.1 刚度矩阵法  23-26
    2.2.2 活载内力计算  26
    2.2.3 温度内力计算  26-27
    2.2.4 徐变的影响  27
    2.2.5 结构几何非线性  27-28
  2.3 本章小结  28-29
第三章 矮塔斜拉桥索力优化理论  29-50
  3.1 合理成桥索力的确定方法  29-35
    3.1.1 指定受力状态法  29-30
    3.1.2 无约束优化法  30-32
    3.1.3 有约束优化法  32-33
    3.1.4 影响矩阵法  33-35
  3.2 索力优化的主要过程  35-36
  3.3 建立、求解优化模型  36-39
    3.3.1 索力影响矩阵  36
    3.3.2 优化目标  36-37
    3.3.3 约束条件  37-38
    3.3.4 优化模型的求解  38-39
  3.4 初始张拉索力  39-40
    3.4.1 倒拆法  39-40
    3.4.2 正装迭代法  40
    3.4.3 无应力状态法  40
  3.5 工程实例  40-49
    3.5.1 工程概况  40-41
    3.5.2 设计标准  41-42
    3.5.3 主要材料参数  42
    3.5.4 模型建立  42-43
    3.5.5 索力优化的求解  43-44
    3.5.6 优化结果及分析  44-48
    3.5.7 确定初始张拉索力  48-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章 矮塔斜拉桥塔高的优化  50-63
  4.1 拟定几组不同的塔高  50
  4.2 塔高变化对索力的影响  50-52
  4.3 塔高变化对主梁位移的影响  52-53
  4.4 塔高变化对主梁应力的影响  53-55
  4.5 塔高变化对主梁弯矩的影响  55-57
  4.6 塔高的优化  57-62
    4.6.1 主梁的弯矩  57-58
    4.6.2 塔梁弯曲应变能  58
    4.6.3 索力  58-61
    4.6.4 应力和位移  61
    4.6.5 目标函数的选取及求解  61-62
  4.7 本章小结  62-63
第五章 结论与展望  63-65
  5.1 结论  63
  5.2 展望  63-65
参考文献  65-68
致谢  68

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 各种桥梁 > 桥梁：按结构分 > 斜拉桥
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