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自锚式悬索桥静载试验和动力特性预测

作　者: 孙长龙
导　师: 刘铁林
学　校: 沈阳建筑大学
专　业: 结构工程
关键词: 自锚式悬索桥结构检测有限元静载试验预测自振特性地震响应
分类号: U441.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

自锚式悬索桥是将主缆直接锚固在加劲梁上,加劲梁承受了很大的轴向力,从而取消了庞大的锚碇。这为地质条件差、不便建造锚碇的地方修建悬索桥提供了一种解决途径。由于其结构新颖,计算简单,在城市中小型桥梁建设中备受青睐。本文以某自锚式悬索桥为研究背景,采用有限元分析软件建模,在结构自重情况下进行分析,并进行静载试验预测、自振及地震响应分析。分别采用板单元模型、既考虑弯曲又考虑剪切影响的梁模型及只考虑弯曲影响的梁模型对钢箱加劲梁建立有限元分析模型,在自重情况下,底板等效应力与实测数据进行对比,同时对比三种模型的顶板等效应力及吊杆应力值,板单元模型模拟钢箱加劲梁更加符合实际。通过影响线分析确定最不利位置为第6号吊杆处、第7号吊杆处及第11号吊杆处,对三种模型的最不利位置进行车辆布载,得到重载情况下底板、顶板等效应力、吊杆应力以及桥面与各吊杆连接点处的沉降量。计算结果满足现行规范要求,对该桥梁的现场试验具有指导意义。给出板单元模型的前6阶振型及频率,自振频率的变化范围为0.93Hz到1.68Hz,此桥的振动主要有缆索面振动、桥面系的竖向振动、塔的弯曲、主梁的扭转等几种振动形式。分别采用4条强震记录顺桥向及横桥向输入,给出自锚式悬索桥的主塔顶端顺桥向位移时程及第6号吊杆与第11号吊杆处中间腹板的横桥向位移时程曲线。主塔塔顶顺桥向的最大位移值为6.4mm。横桥向输入此自锚式悬索桥时,第6号吊杆处中腹板横桥向位移的最大值为3.3mm;第11号吊杆处中腹板的位移最大值为5.7mm。可以为此桥的抗震设计及分析提供依据。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-21
  1.1 自锚式悬索桥的发展概述  10-15
    1.1.1 自锚式悬索桥的历史与发展  10-13
    1.1.2 我国的自锚式悬索桥  13-15
  1.2 自锚式悬索桥的结构组成、受力特点及优缺点  15-18
    1.2.1 自锚式悬索桥的结构组成  15-16
    1.2.2 自锚式悬索桥的受力特点  16-17
    1.2.3 自锚式悬索桥的优缺点  17-18
  1.3 有限元与桥梁结构检测、健康检测  18-20
    1.3.1 桥梁结构检测  18
    1.3.2 桥梁健康监测  18-20
  1.4 本文的研究目的及意义  20
  1.5 本文的研究内容与方法  20-21
第二章自锚式悬索桥的分析方法  21-38
  2.1 梁格法  22-24
    2.1.1 梁格划分基本原则  22
    2.1.2 纵向梁格  22-23
    2.1.3 横向梁格  23-24
  2.2 薄板单元的基本理论  24-28
    2.2.1 基本概念  24
    2.2.2 薄板弯曲的基本方程  24-28
  2.3 薄板矩形单元的有限单元法  28-32
    2.3.1 节点位移向量与节点力向量  28-29
    2.3.2 位移模式  29
    2.3.3 节点位移{δ}~(e) 和结构参数{α} 之间的转换关系  29
    2.3.4 由几何方程求弯扭变形{k}  29-30
    2.3.5 由弹性方程求内力{M}  30-31
    2.3.6 单元刚度矩阵  31-32
  2.4 任意四边形弯曲板DKQ  32-37
    2.4.1 DKT 弯曲板单元  32-36
    2.4.2 DKQ 弯曲板单元  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章自锚式悬索桥有限元分析模型对比研究  38-48
  3.1 分析软件简介  38
  3.2 研究背景  38-39
  3.3 有限元模型的建立  39-42
    3.3.1 主缆、吊杆的模拟  39-40
    3.3.2 主塔的模拟  40-41
    3.3.3 配重及边界条件的处理  41
    3.3.4 板单元模型的建立  41-42
    3.3.5 梁格模型的建立  42
  3.4 自重情况下数据对比  42-46
    3.4.1 桥面板等效应力  43-46
    3.4.2 吊杆应力  46
  3.5 本章小结  46-48
第四章自锚式悬索桥静载试验预测  48-60
  4.1 引言  48-49
  4.2 影响线  49-51
    4.2.1 影响线研究目的  49
    4.2.2 影响线加载位置  49-50
    4.2.3 吊杆应力影响线  50
    4.2.4 桥面板等效应力影响线  50-51
  4.3 荷载布置  51-55
    4.3.1 试验车辆布置  52
    4.3.2 荷载布置  52-55
  4.4 静载试验预测结果  55-59
    4.4.1 上游桥面中间腹板下方钢箱加劲梁底板等效应力  55-56
    4.4.2 上游桥面中间腹板上方钢箱加劲梁顶板等效应力  56-57
    4.4.3 吊杆应力  57-58
    4.4.4 桥面与吊杆连接点处沉降值  58-59
  4.5 本章小结  59-60
第五章自锚式悬索桥自振特性  60-66
  5.1 薄板的自由振动方程  60-61
  5.2 自锚式悬索桥的自振特性分析  61-65
  5.3 本章小结  65-66
第六章自锚式悬索桥地震响应分析  66-73
  6.1 地震反应分析基本方法  66-67
    6.1.1 静力法  66
    6.1.2 反应谱方法  66
    6.1.3 动力时程分析法  66
    6.1.4 随机振动法  66-67
  6.2 地震波的输入  67-72
    6.2.1 频谱特性  67
    6.2.2 地震波强度  67
    6.2.3 持续时间  67
    6.2.4 读入地震波  67-72
  6.3 本章小结  72-73
第七章结论与展望  73-74
  7.1 结论  73
   7.2 展望  73-74
参考文献  74-77
作者简介  77
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  77-78
致谢  78-79

自锚式悬索桥静载试验和动力特性预测

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