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组合梁矮塔斜拉桥结构优化

作　者: 田鹏
导　师: 刘文会
学　校: 吉林建筑工程学院
专　业: 结构工程
关键词: 钢—混凝土组合梁 矮塔斜拉桥 拉索 无索区 主梁 负弯矩 有限元法
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


矮塔斜拉桥是一种组合结构体系,其力学性能介于连续梁桥和斜拉桥之间。由于其良好的经济特性和美学效果,近些年在国内外得到了快速发展。钢—混凝土组合梁在斜拉桥中应用广泛,但在矮塔斜拉桥中的应用并不常见。本文力图通过有限元方法,利用MIDAS软件模拟组合梁在矮塔斜拉桥中的工作状态。通过索力、无索区和塔高的优化,充分发挥组合梁特性,达到优化组合梁矮塔斜拉桥的目的。本文主要研究内容如下：1.以小西湖矮塔斜拉桥主体结构和青州闽江大桥主梁为原型,采用有限元分析方法,利用MIDAS有限元分析软件建立组合梁矮塔斜拉桥模型。2.建立矮塔斜拉桥索力影响矩阵。以索力、弯矩、位移为优化目标,对组合梁矮塔斜拉桥进行索力优化调整,以适用组合梁主梁使用需求；3.调整模型无索区距离,建立相应模型,比较多种无索区长度下的模型弯矩变化,总结变化规律,确定组合梁无索区长度范围。4.依次选取不同塔高,建立相应模型,通过索力优化方法达到塔高优化的目的。将索力平均提高20%,使塔高高度降低至12m,进而有效降低了实际施工难度,缩短工期,节约费用。本文对组合梁矮塔斜拉桥的结构优化研究,将对组合梁在矮塔斜拉桥中的应用提供参考,促进组合梁矮塔斜拉桥的发展。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-23
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 矮塔斜拉桥的发展现状  11-17
    1.2.1 国外矮塔斜拉桥发展现状  11-14
    1.2.2 国内矮塔斜拉桥发展现状  14-17
  1.3 组合梁矮塔斜拉桥发展现状  17-19
    1.3.1 组合梁矮塔斜拉桥  17
    1.3.2 组合梁斜拉桥发展概况  17-19
  1.4 组合梁的发展现状与特点  19-21
  1.5 组合梁矮塔梁斜拉桥特点  21
  1.6 本文的主要工作  21-23
第2章 组合梁矮塔斜拉桥有限元模型的建立  23-34
  2.1 兰州小西湖黄河大桥简介  23-26
    2.1.1 主要技术标准  23-25
    2.1.2 孔跨布置  25
    2.1.3 箱梁主要结构尺寸  25-26
    2.1.4 主塔结构  26
    2.1.5 斜拉索  26
  2.2 组合梁矮塔斜拉桥  26-29
    2.2.1 主梁  27
    2.2.2 横梁  27-29
  2.3 组合梁梁矮塔斜拉桥空间有限元计算模型的建立  29-34
    2.3.1 计算图示  29
    2.3.2 计算假定  29-30
    2.3.3 Midas/Civil程序介绍  30
    2.3.4 有限元模型的节点和单元的划分  30-31
    2.3.5 空间有限元模型的单元类型  31-32
    2.3.6 空间有限元模型的材料特性  32
    2.3.7 空间有限元模型边界条件  32-33
    2.3.8 本章小结  33-34
第3章 组合梁矮塔斜拉桥索力优化  34-41
  3.1 组合梁矮塔斜拉桥拉索初张力优化  34
  3.2 斜拉桥索力优化方法  34-35
  3.3 建立矮塔斜拉桥索力影响矩阵  35-36
  3.4 优化目标函数  36-37
  3.5 拉索初张力的约束条件  37
  3.6 拉索初张力优化的数学模型  37-38
  3.7 拉索初张力优化  38-40
  3.8 本章小结  40-41
第4章 组合梁矮塔斜拉桥无索区长度优化  41-47
  4.1 优化目标  41
  4.2 优化步骤  41
  4.3 针对不同无索区长度建立相力模型  41-43
  4.4 各模型弯矩的比较分析  43
  4.5 分析建立负弯矩最小模型  43-45
  4.6 组合梁方案与钢混凝土梁方案的比较  45-46
  4.7 本章小结  46-47
第5章 组合梁矮塔斜拉桥塔高优化  47-52
  5.1 优化目标  47
  5.2 针对不同塔高建立模型  47-48
  5.3 不同塔高的索力优化  48-49
  5.4 不同塔高模型分析比较  49-51
  5.5 组合梁在降低塔高中的促进作用  51
  5.6 本章小结  51-52
结论与展望  52-54
参考文献  54-59
攻读学位期间发表的学术论文  59-61
致谢  61

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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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