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悬索桥上平联风构弯曲变形分析

作　者: 吴恒
导　师: 周建庭
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 悬索桥风构变形受力参数研究
分类号: U448.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

上平联风构作为钢桁加劲梁悬索桥的重要组成部分，在弦杆处将分离的主桁架联成整体，形成空间稳定的受力结构。风构变形是影响悬索桥结构工作状态的关键因素之一，如果其变形量过大不仅会对风构自身安全构成威胁，而且会影响到全桥结构的工作性能。早期建设的钢桁加劲梁悬索桥对上平联风构工作状态缺乏重视，且国内外也未就风构变形，系统探究其成因，所以掌握导致上平联风构产生过大变形的关键因素有着极其重要的意义。本文依据悬索桥静力分析理论，运用空间有限元分析手段，通过比较悬索桥主要设计参数和计算模式对风构变形及受力的敏感程度，探究风构变形成因以及处治对策。本文首先介绍了悬索桥的三种计算分析理论以及有限元法和解析法计算悬索桥线形的基本原理。再以忠县长江大桥为依托，从静力角度出发，分别比较了不同主缆边中跨比、不同主缆垂跨比、不同加劲梁恒载集度、不同水平静风以及不同加劲梁计算模式的悬索桥在各荷载工况作用下，上平联风构变形及受力状况，获悉其对风构变形及受力的影响规律。然后，根据已有上平联风构病害情况，结合各主要设计参数和计算模式对风构变形及受力的敏感程度，探究引起风构产生过大变形的主要原因。依据有限元分析的结果，主缆线形变化、钢桁加劲梁恒载集度变化、复杂的风环境以及设计之初未考虑桥面板参与加劲梁共同受力等均有可能是导致风构产生过大弯曲变形的原因。其次，通过静力分析比较风构失效前后全桥和局部构件的受力性能，得到风构失效对钢桁加劲梁悬索桥整体结构刚度没有影响，对主缆索力、吊杆力、上横梁、下横梁及上弦杆影响较小，对下弦杆、内腹杆及外腹杆受力影响最大。最后，针对风构变形过大的问题，探索性地提出沿加劲梁纵向范围施加少量体外索和增加加劲梁恒载集度等处治措施。本文所做研究得出了钢桁加劲梁悬索桥上平联风构变形分析的初步结论，为今后钢桁加劲梁悬索桥风构研究提供一种积极的借鉴意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 本文研究背景及意义  8-9
  1.2 悬索桥研究现状  9-16
    1.2.1 国内外悬索桥发展  9-14
    1.2.2 上平联风构研究现状  14-16
  1.3 本文主要研究内容  16
  1.4 本文主要创新点  16
  1.5 本章小结  16-17
第二章悬索桥的计算理论及原理  17-40
  2.1 悬索桥的计算理论  17-26
    2.1.1 弹性理论  17-19
    2.1.2 挠度理论  19-21
    2.1.3 有限位移理论  21-26
  2.2 解析法计算原理  26-35
    2.2.1 无应力长度不变原理  27
    2.2.2 平衡微分方程  27-28
    2.2.3 抛物线法计算无应力长度  28-30
    2.2.4 悬链线法计算无应力长度  30-33
    2.2.5 主缆的修正  33-35
  2.3 有限元结合节线法计算悬索桥线形  35-39
    2.3.1 竖直平面上的分析  36-37
    2.3.2 水平面上的分析  37
    2.3.3 精确平衡状态分析  37-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章钢桁加劲梁悬索桥上平联风构变形参数研究  40-79
  3.1 概述  40-41
  3.2 主缆边中跨比对风构刚度及受力的影响  41-48
    3.2.1 刚度影响  41-45
    3.2.2 受力影响  45-48
    3.2.3 小结  48
  3.3 主缆垂跨比对风构刚度及受力的影响  48-57
    3.3.1 刚度影响  49-53
    3.3.2 受力影响  53-56
    3.3.3 小结  56-57
  3.4 钢桁加劲梁恒载集度对风构刚度及受力的影响  57-65
    3.4.1 刚度影响  57-62
    3.4.2 受力影响  62-65
    3.4.3 小结  65
  3.5 水平静风对风构刚度及受力的影响  65-70
    3.5.1 刚度影响  66-67
    3.5.2 受力影响  67-70
    3.5.3 小结  70
  3.6 加劲梁不同计算模式对风构内力及变形的影响  70-78
    3.6.1 刚度影响  71-74
    3.6.2 受力影响  74-77
    3.6.3 小结  77-78
  3.7 本章小结  78-79
第四章悬索桥上平联风构弯曲变形分析  79-106
  4.1 有限元建模分析过程  79-86
    4.1.1 忠县长江大桥概况  79-83
    4.1.2 空间力学模型简化  83
    4.1.3 材料选取  83-84
    4.1.4 荷载与组合  84-86
  4.2 风构变形成因分析  86-100
    4.2.1 全桥静力分析  86-95
    4.2.2 风构变形描述  95-98
    4.2.3 成因分析  98-100
  4.3 风构失效分析  100-104
  4.4 处治对策  104
  4.5 本章小结  104-106
第五章结论与展望  106-108
  5.1 本文主要结论  106
  5.2 展望  106-108
致谢  108-109
参考文献  109-112
在学校期间发表的论著及取得的科研成果  112

悬索桥上平联风构弯曲变形分析

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