大跨径悬索桥的成桥线形及动力分析

摘要

近十年来随着我国高速公路建设的飞速发展，桥梁的跨径的不断增大，悬索桥因其主要受力构件主缆只承受拉力，材料利用效率高，已成为特大跨度桥梁的首选桥型。为保证竣工后悬索桥的受力和线形与设计理想状态一致，施工过程中的监控工作显得越来越重要。悬索桥主缆的成桥线形是进行结构设计、计算和指导施工的关键控制因素，因此，在施工监控时应建立符合实际情况的主缆成桥线形计算模型。 本文在参考大量国内外相关文献的基础上，总结归纳了国内外在该领域上的研究成果，对悬索桥的计算理论、施工监控的计算方法、主缆的无应力索长的计算理论进行了系统的论述，并将有限元理论应用于悬索桥的计算中，使用大型有限元软件MIDAS/civil成功建立了鱼嘴长江大桥各施工阶段及成桥模型，对其主缆无应力索长、成桥线形、主索鞍的预偏量及各施工阶段主缆和吊杆的位移值和内力值进行了分析。 本文基于有限位移理论，考虑几何非线性的影响，根据设计成桥状态时已知的结构几何控制参数，用节线法确定了主索的成桥状态线形；应用多段索法模拟主缆的垂度产生的非线性力学行为，通过等效弹性模量法分析得到主缆的无应力索长。在此基础上，使用悬链线索单元对各施工阶段及成桥阶段中鱼嘴长江大桥的力学行为进行了详细分析，提出主索鞍的预偏量及成桥状态下主缆各点的坐标，并为监控过程提供了各施工阶段主缆和吊杆的位移值和内力值。 本文还分析了悬索桥自由振动的特性，以鱼嘴大桥为工程背景，通过振型参与质量比分析悬索桥的振动特点，研究各种参数对动力特性的敏感性进行分析，从而为悬索桥的设计、动力分析提供参考依据。 本文的创新点在于成功地应用了零质量单元解决了MIDAS建模助手在建立单跨悬索桥模型中存在的一些问题。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1悬索桥的发展概述

1.2悬索桥计算理论研究概况

1.2.1竖向荷载作用下的结构分析

1.2.2横向荷载作用下的结构分析

1.2.3偏心荷载作用下的结构分析

1.3悬索桥施工监控计算研究概况

1.3.1正装分析法

1.3.2倒拆分析法

1.3.3无应力状态分析法

1.4本文主要研究内容

第二章基本计算理论

2.1概述

2.2悬索桥计算的有限元法和解析法

2.2.1有限元理论全量拉格朗日法

2.2.2解析法

2.3主缆垂度效应

第三章悬索桥成桥及施工阶段线形分析

3.1概述

3.2主缆无应力长度

3.2.1节线法

3.2.2精确平衡状态分析

3.3索鞍半径对主缆长度的影响

3.4吊点坐标和吊索长度计算及修正

3.4.1索夹安装位置

3.4.2吊索长度及在主统索夹处的长度修正

3.5基准索股和一般索股线形控制

3.5.1基准索股的线形

3.5.2索塔偏移对基准索股线形的影响

3.6鱼嘴长江特大桥的线形分析

3.6.1工程概况

3.6.2用Midas/civil建模助手进行悬索桥建模及线形分析

3.6.3计算结果及小结

第四章悬索桥动力分析

4.1引言

4.2悬索桥自由振动分析的有限元法

4.2.1有限元离散三维模型的建立

4.2.2离散体的运动方程

4.2.3自振频率与振形的计算

4.3鱼嘴长江特大桥动力分析

4.3.1鱼嘴长江特大桥动力分析

4.3.2鱼嘴长江大桥三向地震响应时程分析

4.6本章小结

第五章结语及展望

致谢

参考文献

附录 发表论文情况