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矮塔斜拉桥索力优化方法的研究

作　者: 张大伟
导　师: 谢尚英
学　校: 西南交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 矮塔斜拉桥 影响矩阵 合理成桥索力 索力优化
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 360次
引　用: 5次
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内容摘要


矮塔斜拉桥是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新型桥梁结构形式,就结构特性而言,矮塔斜拉桥是介于连续梁桥与斜拉桥之间的一种新桥型。矮塔斜拉桥的总体特点是:塔矮、梁刚、索集中;主要通过主梁受弯承受大部分竖向荷载,斜拉索竖向分力承担剩余的竖向荷载,同时其水平分力对主梁起加劲作用,达到改善主梁性能的目的。斜拉索索力对矮塔斜拉桥的结构性能至关重要,因此进行斜拉索索力优化是必要的。矮塔斜拉桥的索力优化不仅要满足成桥受力合理,而且要保证施工过程及运营阶段的安全,因此对施工阶段初张拉索力进行计算也是很重要的。本文在广泛收集了国内外己有研究资料的基础上,探讨了矮塔斜拉桥的计算特点,总结和比较了目前常用的合理成桥索力的计算方法;将最优化理论应用到矮塔斜拉桥索力计算中,同时假定一次成桥,基于影响矩阵思想,以初张力为设计变量,选取合理的成桥内力为目标函数,计算出优化初张拉索力和最终的合理成桥索力;以该成桥状态为目标,通过对施工阶段初张拉索力进行倒拆—正装迭代计算,最终得到合理的施工阶段初张拉索力。本文以泸州茜草长江大桥为工程背景,以梁体的最小弯曲及拉压应变能为目标函数,使用MATLAB优化工具箱对初张拉索力进行优化计算,再通过MIDAS对成桥及施工阶段状态进行分析,可以计算出合理的成桥索力和施工初张拉索力。计算结果表明:成桥阶段和施工阶段结构受力合理,梁体的上下缘应力满足规范要求,同时可以保证施工过程的安全性和稳定性,说明将最优化理论应用到矮塔斜拉桥索力计算过程中是可行的。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第1章 绪论  12-23
  1.1 矮塔斜拉桥的发展  12-17
    1.1.1 矮塔斜拉桥的起源  12
    1.1.2 矮塔斜拉桥在国外的发展  12-15
    1.1.3 矮塔斜拉桥在国内的发展  15-17
  1.2 矮塔斜拉桥的特点  17-18
    1.2.1 构造特点  17-18
    1.2.2 受力特性  18
  1.3 矮塔斜拉桥的设计及计算要点  18-21
    1.3.1 设计要点  18-20
    1.3.2 计算要点  20-21
  1.4 问题的提出及本文研究的主要内容  21-23
    1.4.1 问题的提出  21-22
    1.4.2 本文研究的主要内容  22-23
第2章 矮塔斜拉桥结构非线性的影响  23-29
  2.1 斜拉桥结构非线性概况  23-24
  2.2 斜拉桥几何非线性分析  24-27
    2.2.1 几何非线性分析概况  24
    2.2.2 几何非线性分析  24-25
    2.2.3 汽车活荷载作用下的几何非线性分析  25-27
  2.3 矮塔斜拉桥计算的非线性影响  27-28
  2.4 本章小节  28-29
第3章 基于全过程的索力计算方法  29-45
  3.1 合理成桥索力确定方法概述  29
  3.2 合理成桥状态的确定  29-31
  3.3 合理成桥索力确定的方法及其评述  31-40
    3.3.1 合理成桥索力确定的常用方法  31-38
    3.3.2 合理成桥索力确定方法评述  38-40
  3.4 施工阶段初始张拉索力确定的方法  40-43
    3.4.1 倒拆法  40-42
    3.4.2 正装迭代法  42-43
    3.4.3 无应力状态法  43
  3.5 本章小节  43-45
第4章 最优化理论在索力计算中的应用  45-53
  4.1 最优化理论的概述  45-47
    4.1.1 最优化设计的基本思想  45
    4.1.2 索力优化的基本概念  45-47
  4.2 斜拉桥索力优化理论  47-51
    4.2.1 指定受力状态法  47-48
    4.2.2 索力无约束优化方法  48-49
    4.2.3 索力的有约束优化方法  49-51
  4.3 各优化索力理论的比较  51-52
  4.4 本章小节  52-53
第5章 矮塔斜拉桥索力优化计算  53-71
  5.1 计算方法及步骤概述  53
  5.2 全桥结构计算  53-58
    5.2.1 工程概况  53-55
    5.2.2 建立有限元模型  55-58
  5.3 索力优化计算  58-64
    5.3.1 影响矩阵输出  58
    5.3.2 优化模型的建立过程  58-62
    5.3.3 基于Matlab的数值计方法  62-64
  5.4 计算结果及分析  64-69
    5.4.1 成桥状态索力优化计算结果  64-67
    5.4.2 施工阶段张拉索力计算结果  67-69
  5.5 本章小节  69-71
结论  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-77
攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研工作  77

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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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