混合梁斜拉桥施工阶段几何非线性静力分析

摘要

钢-混凝土组合结构,它是一种优于钢结构和钢筋混凝土结构的新型结构,它能充分发挥钢和混凝土两种材料各自的优点,也克服了两者的缺点而产生的一种新型结构体系。混合梁斜拉桥以其独特的构造与技术特点,已经逐渐成为今后大跨度桥梁发展方向之一。由于混合梁斜拉桥具有的柔性结构、构件内力和变形时的复合特性,在对其施以静荷载之后,桥的结构与主部件的轴线和位形都会有较大的变化。此时混合粱斜拉桥将有着与线性分析时不同的状况:作用力和变形量之间不是线性比例关系、由高次方程来表达结构的变形、载荷增减的效应不能简单叠加。因此,有必要对混合梁斜拉桥进行几何非线性分析。
　　 本文的主要内容是混合梁斜拉桥施工阶段几何非线性静力分析。
　　 1.以前人的研究成果为基础,分析了混合梁斜拉桥计算理论的发展概况及现状。
　　 2.研究了斜拉桥几何非线性分析的基本理论,阐述影响斜拉桥几何非线性的三大主要因素:大位移、斜拉索垂度效应和梁.柱效应,分别介绍了这三种非线性影响因素的有限元分析方法;以及几何非线性方程组的求解方法。
　　 3.研究了XX大桥所具有的混合梁斜拉桥独特施工特点,使用桥梁有限元程序Midas/civil2010建立了仿真分析模型,对该大桥的典型施工过程分别进行了线性与非线性计算,非线性计算重点考虑了斜拉索的垂度效应和结构的大位移效应,结合全桥施工过程进行计算分析,分析了混合梁斜拉桥施工过程中几何非线性对主梁竖向位移、施工阶段结构变形、内力及应力的影响,并对结果分析比较得出以下结论:
　　 ①非线性因素中对主梁弯矩的影响最大的是斜拉索垂度的效应,大位移影响次之,而且不同的施工阶段影响程度也不相同。
　　 ②在恒载作用下,斜拉索垂度效应是几何非线性的主要来源,梁-柱效应、大位移效应的影响相对较小,若仅仅进行线性分析,则计算所得结果的误差会很大。
　　 4.研究了在总结目前一些常用方法的基础上,采用正装--倒装迭代计算法,并以塔和梁最大变位最小以及内力应力平顺为目标的来确定斜拉索的初始张拉力,采用基于正装计算的索力不断试算来确定施工阶段斜拉索的初始张拉力。