钢-混组合梁（塔）斜拉桥设计参数优化研究

摘要

近年来，我国桥梁事业取得了很大的发展。特别是一些世界级大桥的竣工，标志着我国的桥梁地位已经从桥梁大国迈向了桥梁强国。在实现桥梁强国的道路上，必须从大跨度桥梁的基本科研工作入手，而大跨度组合斜拉桥的辅助墩、结合段和主塔高度等其他结构参数的科研工作就是其中很重要的一部分。本文依托青海省海东大道一号桥施工监控项目，以研究非对称钢-混组合斜拉桥主要结构参数优化为线索，运用Mids/Civil2015有限元软件建立模型，对海东大道一号桥成桥索力、辅助墩位置和数量、主梁钢混结合段位置、主塔混凝土部分塔高进行了研究，本文在优化过程中采用的是控制变量法，具体研究内容如下:
　　1、介绍了组合斜拉桥的发展历程和组合斜拉桥受力特点，并对斜拉桥索力优化的研究方法进行了介绍，提出本文研究斜拉桥索力优化的方法为影响矩阵法;
　　2、以海东大道一号桥为工程实例，利用Midas/Civil2015有限元软件建立模型，运用影响矩阵法对成桥索力进行了优化，得到优化后的成桥索力和主梁弯矩与优化前进行对比分析;
　　3、通过对已建成的一百多座斜拉桥的数据统计分析，选取了无辅助墩和有辅助墩且辅助墩位于L/2位置、9L/17位置三种模型和五种主梁钢混结合段位置，分别做了恒载作用下结构主梁弯矩和竖向位移以及塔根弯矩的对比分析。得到一个较原设计方案更加合理的结构设计模型;
　　4、选取五种主塔混凝土塔高模型做了静力分析;在此基础上得到一个优化后的结构模型，并利用Midas/Civil2015建立其有限元模型，把优化前后的结构模型从主梁弯矩、主梁竖向位移和主塔塔根弯矩三个方面进行了对比分析。
　　本文对组合斜拉桥结构优化的研究结果表明，利用上述方法对海东大道一号桥进行的参数优化是可行的，具有一定的工程指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 斜拉桥概述

1．2 组合斜拉桥的应用与发展概况

1．2．1 国外组合斜拉桥的应用与发展概况

1．2．2 国内组合斜拉桥的应用与发展概况

1．3 组合斜拉桥的特点

1．3．1 组合斜拉桥的构造特点

1．3．2 组合斜拉桥的优点

1．4 研究目的及意义

1．5 本文主要研究内容

2结构优化理论在组合斜拉桥中的应用研究

2．1 概述

2．2 结构优化基本概念

2．3 结构优化的方法

2．4 多目标函数的优化方法

2．4．1 统一目标法

2．4．2 主要目标法

2．5 合理成桥索力确定原则

2．6 索力优化的概念

2．7 合理成桥索力优化方法的介绍

2．7．1 斜拉桥索力优化一般方法

2．7．2 影响矩阵法

2．8 小结

3基于影响矩阵法的组合斜拉桥索力优化研究

3．1 海东大道一号桥简介

3．1．1 主要技术标准

3．1．2 箱梁主要结构尺寸

3．1．3 斜拉索

3．2 海东大道一号桥有限元模型的建立

3．2．1 组合斜拉桥混凝土梁的模拟

3．2．2 组合斜拉桥钢箱梁的模拟

3．2．3 钢一混结合段的模拟

3．2．4 组合斜拉桥主塔的模拟

3．2．5 组合斜拉桥斜拉索的模拟

3．2．6 组合斜拉桥边界条件的模拟

3．2．7 组合斜拉桥有限元计算分析模型

3．3 合理成桥索力的确定

3．3．1 恒载弯矩及目标弯矩

3．3．2 求取影响矩阵

3．3．3 全桥索力优化结果

3．4 小结

4组合斜拉桥关键设计参数的优化分析

4．1 概述

4．2 组合斜拉桥辅助墩位置和数量优化分析

4．2．1 组合斜拉桥辅助墩位置和数量拟定

4．2．2 恒载作用下模型计算结果及对比分析

4．2．3 小结

4．3 钢混结合段位置优化分析

4．3．1 影响钢混结合段位置的因素

4．3．2 钢混结合段位置优化分析的计算模型

4．3．3 钢混结合段位置变化的计算与分析

4．3．4 小结

5组合斜拉桥塔高优化及模型参数优化前后静力分析

5．1 概述

5．2 斜拉桥主塔的结构形式

5．2．1 斜拉桥主塔结构形式

5．2．2 海东大道一号桥主塔结构形式

5．3 混凝土塔高优化分析的计算模型

5．4 混凝土塔高变化的计算与分析

5．5 参数优化后结构模型

5．6 参数优化前后结构模型静力分析

5．7 小结

6结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果