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不同参数下双塔双索面矮塔斜拉桥静动力特性研究

作　者: 郑汉
导　师: 樊华
学　校: 扬州大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 双塔双索面矮塔斜拉桥有限元静力特性动力特性
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

近年来,出现了一种介于连续梁桥与斜拉桥之间的新桥型——矮塔斜拉桥,如果说连续梁桥属于刚性桥梁,斜拉桥属于柔性桥梁,矮塔斜拉桥则为一种刚柔皆有的新桥型,矮塔斜拉桥的出现将填补刚性桥型与柔性桥型之间的空白,其特点是塔矮、梁刚、索集中,属高次超静定结构。同时,矮塔斜拉桥的斜拉索分担了主梁的荷载效应,在结构特性上,斜拉索更多地被认为是一种体外预应力。因此,矮塔斜拉桥在大中跨度桥梁的应用上有着广阔的潜力和前景。但其作为一种新体系的桥梁结构形式,其设计计算理论尚不够完善,对这种类型的研究还比较少。因此,开展矮塔斜拉桥力学性能分析,尤其是对双塔双索面矮塔斜拉桥的研究是有必要的,为矮塔斜拉桥的设计提供依据和参考,具有重要的理论意义和使用价值,本文所做的工作就是在此背景下展开的。本文以江苏省扬州市江都城区跨越高水河上的桥梁江都七闸大桥为研究背景,在总结国内外相关文献基础上,结合荷载试验数据,建立ANSYS有限元模型,研究双塔双索面矮塔斜拉桥静力特性和动力特性在不同参数下的变化规律,给以后的矮塔斜拉桥设计提供一定的参考。本文的主要研究内容如下:(1)根据相关规范和标准,对成桥阶段的缆索进行了索力监控。成桥后,根据影响线确定荷载试验的加载位置,制定出荷载试验方案,现场实施静载、动载试验,最后对比测量所得数据和计算数据,得出相关结论。(2)运用有限元软件ANSYS建立有限元模型,分析双塔双索面矮塔斜拉桥在荷载作用下,挠度、弯矩和应力表现出的不同的变化规律,最终挠度极大值出现在跨中位置。应力的极值分别出现在塔根附近和跨中。(3)在上述模型基础之上,改变不同的参数,对比了相同参数下的矮塔斜拉桥和连续刚构桥的特性,并分析无索区长度、塔高和索面积等因素对双塔双索面矮塔斜拉桥的内力影响,并得出相关结论。(4)基于有限元原理,建立有限元动力模型,从双塔双索面矮塔斜拉桥前30阶模态中提取出纵漂、主塔横向振动、一阶正对称竖弯、一阶反对称竖弯、一阶正对称侧弯、一阶反对称侧弯和主梁扭转等对抗震性能有主要影响的振型。研究了无索区长度和塔高对动力特性的影响,并得出相关结论。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第一章绪论  12-27
  1.1 引言  12
  1.2 国内外发展状况  12-17
    1.2.1 国外发展状况  12-16
    1.2.2 国内发展状况  16-17
  1.3 桥型特点  17-20
    1.3.1 受力特点  17-18
    1.3.2 结构特点  18-19
    1.3.3 应用范围  19-20
  1.4 国内外研究现状  20-25
    1.4.1 矮塔斜拉桥参数研究  20-21
    1.4.2 矮塔斜拉桥其他特性研究  21-24
    1.4.3 矮塔斜拉桥有限元分析  24-25
    1.4.4 存在的问题  25
  1.5 本文的主要研究内容  25-27
第二章矮塔斜拉桥荷载试验  27-42
  2.1 工程概况  27-31
    2.1.1 设计标准  28
    2.1.2 主要结构构造  28-31
      1、主梁结构  28-29
      2、索塔结构  29-30
      3、斜拉索  30-31
      4、桥墩  31
  2.2 静载试验  31-38
    2.2.1 静载试验内容  31
    2.2.2 静载试验截面的确定  31-33
    2.2.3 静载加载车型  33-35
    2.2.4 静载测试内容  35
    2.2.5 静载试验程序  35-36
    2.2.6 静载试验结果  36-38
  2.3 动载试验  38-39
    2.3.1 动载试验试验内容  38
    2.3.2 动载试验测点布置  38
    2.3.3 动载试验测试仪器  38
    2.2.4 动载试验试验结果  38-39
  2.4 索力监控  39-42
    2.4.1 索力测量结果  39-42
第三章矮塔斜拉桥静力特性分析  42-60
  3.1 引言  42
  3.2 有限元基础  42-47
    3.2.1 有限元软件 ANSYS 简介  42-45
      1、ANSYS 的模块组成  42-44
      2、ANSYS 的功能  44-45
    3.2.2 ANSYS 单元简介  45-47
      1、BEAM 单元  45-46
      2、LINK 单元  46-47
  3.3 有限元模型建立  47-51
    3.3.1 模型建立  47
    3.3.2 现场荷载试验数据对比  47-51
  3.4 静力分析  51-58
    3.4.1 主梁挠度分布特征  51-52
    3.4.2 主梁应力分布特征  52-53
    3.4.3 主梁弯矩分布特征  53-54
    3.4.4 矮塔斜拉桥与无索桥的计算结果与分析  54-55
    3.4.5 索面积对结构受力的影响  55-56
    3.4.6 无索区对结构受力的影响  56-57
    3.4.7 矮塔斜拉桥塔身高度的影响  57-58
  3.5 小结  58-60
第四章矮塔斜拉桥动力特性分析  60-69
  4.1 引言  60
  4.2 模态分析基础  60-63
    4.2.1 模态分析基础  60-61
    4.2.2 模态求解的近似方法  61-63
      1、邓克利法  61-62
      2、瑞利法  62
      3、里茨法  62
      4、矩阵迭代法  62
      5、子空间迭代法  62-63
    4.2.3 模态提取的常用方法  63
  4.3 模态分析结果与分析  63-68
    4.3.1 模态分析  63-65
    4.3.2 结构参数对矮塔斜拉桥动力特性影响  65-68
      1、无索区长度变化  65-67
      2、塔身高度变化  67-68
  4.4 小结  68-69
第五章总结与展望  69-71
  5.1 主要研究成果和结论  69-70
  5.2 需要进一步研究的问题  70-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间发表的论文  75

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