矮塔斜拉桥结构参数及主梁受力特性分析

摘要

矮塔斜拉桥是介于连续梁桥与斜拉桥之间的新型桥梁结构，它兼有两者的特点，性能优越。近些年，在国内外越来越显示出巨大的发展潜力。就其结构而言，其特点是主梁、拉索和主塔三者共同协调作用，斜拉索分担部分荷载，主梁承担着大部分的荷载，这使得矮塔斜拉桥主梁的受力状态比一般斜拉桥和梁式桥的受力更为复杂，应力不均匀现象更加严重，所以对矮塔斜拉桥结构参数及主梁受力特性分析是十分必要的。
　　矮塔斜拉桥多采用悬臂浇筑法，施工过程中存在多次体系转换，本文以石湾矮塔斜拉桥为工程背景，通过有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥模型，对施工全过程进行分析，并考虑混凝土收缩、徐变、温度效应等因素对主梁受力影响，通过对石湾矮塔斜拉桥在施工过程中和成桥阶段应力分析，得到应力分布规律:最不利受力阶段为最大悬臂施工阶段，最不利位置为悬臂的根部，出现应力集中现象，但合拢后结构体系改变，主梁整体受力均匀，成桥施加二期恒载后主梁应力有所增加。
　　本文分析了结构特征参数对主梁受力影响，通过模拟不同的约束条件、塔高及无索区长度，建立相应的有限元模型，计算结构应力及变形，得到主梁应力在不同参数下的分布规律如下:墩梁铰接体系拉索的拉力大于刚接体系，刚接体系主梁的变形较小。随着塔跨比的增加，主梁应力与变形有增大的趋势，拉索用钢量也增加，但索力减小。无索区长度增加索力和挠度同时增大，应力变化复杂，需要综合考虑斜拉索和主梁的受力情况。

目录

摘要

1 绪论

1．1 矮塔斜拉桥的起源

1．2 受力特征及构造特点

1．2．1 受力特征

1．2．2 构造特点

1．3 斜拉桥几何非线性计算分析理论

1．3．1 梁单元的几何非线性理论研究

1．3．2 非线性对大跨度斜拉桥变形及受力性能的影响

1．4 本文研究的目的及意义

1．5 本文主要研究内容

2 石湾矮塔斜拉桥主梁计算参数确定

2．1 石湾矮塔斜拉桥工程概况

2．2 施工工艺过程

2．3 矮塔斜拉桥计算影响因素分析

2．3．1 材料的弹性模量、尺寸的影响

2．3．2 混凝土收缩徐变的影响

2．3．3 斜拉索及预应力束张拉的影响

2．3．4 施工荷载的影响

2．3．5 温度的影响

2．4 有限元模型参数的确定

2．4．1 建模参数的选取

2．4．2 索、梁、塔的计算原则

2．4．3 边界条件的确定

2．4．4 混凝土的收缩、徐变

2．5 本章小结

3 矮塔斜拉桥主梁应力分析

3．1 有限元模型的建立

3．2 施工阶段应力分析

3．2．1 主梁计算断面的选择

3．2．2 零号块应力分析

3．2．3 四号块应力分析

3．2．4 十五号块施工主梁应力分析

3．2．5 最大悬臂施工主梁应力分析

3．2．6 边跨合拢主梁应力分析

3．2．7 中跨合拢主梁应力分析

3．2．8 二次调索主梁应力分析

3．3 成桥应力分析

3．3．1 二期恒载后主梁应力分析

3．3．2 考虑混凝土收缩徐变对主梁应力分析

3．3．3 考虑温度影响对主梁应力分析

3．3．4 考虑温度及收缩徐变对主梁应力分析

3．4 悬臂施工对零号块受力影响

3．5 锚固区应力分析

3．6 本章小结

4 结构特征参数对主梁受力影响

4．1 约束条件对结构特性的影响

4．1．1 不同约束条件计算模型的建立

4．1．2 约束条件对索力的影响

4．1．3 约束条件对应力及挠度的影响

4．2 塔高对结构特性影响

4．2．1 不同塔高计算模型的建立

4．2．2 塔高变化对索力的影响

4．2．3 塔高变化对主梁应力与挠度的影响

4．3 无索区长度对结构特性的影响

4．3．1 不同无索区长度计算模型的建立

4．3．2 无索区长度对索力的影响

4．3．3 无索区长度对主梁应力及挠度的影响

4．4 本章小结

5 主梁理论应力与实测应力分析

5．1 施工阶段理论与实测应力对比分析

5．1．1 实测断面的选择

5．1．2 施工过程中零号块理论实测应力对比分析

5．1．3 最大悬臂阶段理论实测应力对比分析

5．2 成桥阶段理论与实测应力对比分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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