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非对称独塔自锚式悬索桥施工过程分析及其模型试验设计

作　者: 张达
导　师: 闫维明
学　校: 北京工业大学
专　业: 土木工程
关键词: 自锚式悬索桥施工过程模拟模型试验吊索张拉顺序
分类号: U448.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

近二十年来,大跨度复杂桥梁在我国得到了快速发展。自锚式悬索桥作为复杂桥梁的代表之一,以其造型优美、受力合理等优点在方案比选中屡屡脱颖而出。但这种复杂桥梁的施工过程是一个复杂的非线性过程,施工过程中的体系转换是该型桥梁设计与施工的难点。模型试验和有限元模拟是研究复杂结构体系转换过程和整体受力性能的重要手段。本文结合工程实例,研究和探讨了某非对称独塔自锚式悬索桥施工过程及成桥状态的受力性能并对该桥的缩尺模型试验进行设计,具体研究内容分为以下几个方面：1.简述了自锚式悬索桥的国内外发展现状并对该类型复杂桥梁的施工过程研究方法——有限元仿真分析方法和模型试验方法进行了简介；2.以某非对称独塔自锚式悬索桥为工程背景,研究这种类型桥梁考虑恒载、车辆荷载、温度荷载、基础沉降等多种作用下结构的静力受力性能；3.对自锚式悬索桥的施工方法进行了简介,并对某自锚式悬索桥的体系转换过程采用4种不同吊索张拉方案进行数值模拟,对比不同施工过程关键构件的内力及位移,分析得到较为合理的吊索张拉方案；4.根据相似理论和试验条件对某非对称独塔自锚式悬索桥进行几何缩尺比SL为1/20模型桥设计,结合模型桥数值分析结果,对该模型桥设计的有效性进行评价。本文的工作和成果可为自锚式悬索桥施工及其施工过程的模型试验设计提供参考。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 国内外自锚式悬索桥发展概述  9-11
  1.3 桥梁施工过程研究现状  11-14
    1.3.1 有限元仿真分析程序对施工过程模拟  12
    1.3.2 缩尺模型试验对施工过程的模拟  12-14
  1.4 本课题的提出  14-16
  1.5 本文工程背景和主要研究内容  16-17
    1.5.1 工程背景  16
    1.5.2 本文主要研究内容  16-17
第2章自锚式悬索桥设计计算理论及成桥状态分析  17-31
  2.1 引言  17
  2.2 自锚式悬索桥计算理论  17-21
    2.2.1 竖向荷载作用下的计算理论  17-20
    2.2.2 横向荷载作用下的计算理论  20-21
  2.3 自锚式悬索桥合理成桥状态内力的确定  21-23
    2.3.1 自锚式悬索桥成桥内力分布  21
    2.3.2 自锚式悬索桥成桥线形  21-23
  2.4 某自锚式悬索桥模型成桥状态分析  23-29
    2.4.1 恒载作用效应分析  24-26
    2.4.2 活载作用效应分析  26-27
    2.4.3 温度效应分析  27-28
    2.4.4 基础沉降分析  28-29
  2.5 本章小结  29-31
第3章自锚式悬索桥施工过程模拟研究  31-49
  3.1 引言  31
  3.2 自锚式悬索桥施工方法介绍  31-34
    3.2.1 加劲梁架设  31-33
    3.2.2 主缆架设  33-34
    3.2.3 体系转换过程  34
  3.3 自锚式悬索桥施工过程分析方法  34-36
    3.3.1 正装计算法  35
    3.3.2 倒拆计算法  35
    3.3.3 无应力状态法  35-36
  3.4 某自锚式悬索桥施工过程数值模拟分析  36-47
    3.4.1 某自锚式悬索桥有限元模拟  36
    3.4.2 主跨钢箱梁顶推过程模拟分析  36-38
    3.4.3 吊索张拉方案  38-47
  3.5 本章小结  47-49
第4章自锚式悬索桥模型试验设计  49-65
  4.1 桥梁模型试验简介  49-51
    4.1.1 桥梁模型试验历史  49
    4.1.2 桥梁模型试验的分类  49-50
    4.1.3 模型试验相似定理  50-51
  4.2 某自锚式悬索桥模型的相似原则和相似比  51-52
  4.3 某自锚式悬索桥模型构件设计  52-58
    4.3.1 主塔设计  52-54
    4.3.2 主梁及刚臂设计  54-55
    4.3.3 主缆设计  55-56
    4.3.4 吊索及索夹设计  56-57
    4.3.5 辅助墩设计  57
    4.3.6 主索鞍设计  57-58
    4.3.7 锚固区设计  58
  4.4 某自锚式悬索桥模型试验边界条件及配载设计  58-62
    4.4.1 主缆锚固设计  59
    4.4.2 支座设计  59-60
    4.4.3 墩部底座设计  60
    4.4.4 恒载配重设计  60-62
  4.5 某自锚式悬索桥模型试验测试系统设计  62-63
  4.6 本章小结  63-65
第5章自锚式悬索桥模型试验有限元模拟  65-75
  5.1 引言  65
  5.2 模型桥有限元模型及成桥受力分析  65-67
    5.2.1 模型桥有限元模型  65
    5.2.2 模型桥成桥受力分析  65-67
  5.3 模型桥施工全过程有限元模拟及与原型桥对比  67-74
    5.3.1 模型桥吊索张拉顺序  67-68
    5.3.2 模型桥施工过程中吊索力与原型桥对比  68-69
    5.3.3 模型桥施工过程中主缆线形与原型桥对比  69-72
    5.3.4 模型桥施工过程中加劲梁轴力及线形与原型桥对比  72-74
  5.4 本章小结  74-75
结论与展望  75-77
  结论  75
  展望  75-77
参考文献  77-81
攻读硕士学位期间完成的学术论文  81-83
致谢  83

非对称独塔自锚式悬索桥施工过程分析及其模型试验设计

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