独塔斜拉桥几何非线性静力分析

摘要

本文通过对斜拉桥的非线性的概念和几何非线性分析方法系统的阐述，从影响斜拉桥的三个主要因素出发，即大变形效应、斜拉索垂度效应和梁柱效应，系统的介绍了几何非线性分析的基本理论和数值求解的Newton-Raphson方法，研究并讨论了利用ABAQUS建立斜拉桥有限元模型过程中存在一些问题的处理方法。本文以哈尔滨市松浦大桥主桥为实际工程背景，运用大型通用有限元软件ABAQUS对该桥进行几何非线性静力分析，结合成桥阶段和28个施工阶段进行建模。采用斜拉索索力形成方法的“两步到位法”，确定了施工阶段斜拉索的一组初张力，在此基础上对每个施工工况都进行了线性和非线性计算，并对七种比较典型的施工工况和成桥二期恒载作用下工况进行分析。通过比较分析，得出如下结论:
　　在施工阶段，斜拉索内力是不断变化的，随着施工进度的推进每根索的内力要重新分配，但是各个几何非线性因素以及它们的组合效应对斜拉索内力的影响很小，斜拉索在施工阶段的最终索力主要取决于初张力和结构线形;梁柱效应除了在双悬臂施工阶段对主梁弯矩影响略大以外，在其它各个工况的非线性影响很小;大变形效应在双悬臂对称施工阶段的影响比较小，在单悬臂施工阶段的非线性影响会不断增大，特别是对主梁竖向位移、塔顶水平位移和主梁弯矩影响较大;斜拉索垂度效应在各个施工阶段的非线性影响都很大，是斜拉桥施工阶段所受非线性影响的首要因素;同时计入三种非线性因素效应会对结构的内力和变形产生较大的影响，并且完全非线性因素组合效应的影响不等于各单项非线性因素影响的相加，大部分情况下要大于各单项因素影响的代数和，忽略其中任何一项都将会带来较大的计算误差。
　　在成桥二期恒载作用下，斜拉索垂度效应影响最大，大变形效应次之，梁柱效应最小;各因素相互影响并且藕合，导致非线性的影响放大;斜拉索的长度是决定斜拉索垂度效应影响显著与否的主要参数。
　　各种非线性因素的影响不仅在不同工况下影响程度不同，并且在同一工况下对不同部位的影响程度也不同。对于本文研究的非对称布索的独塔斜拉桥，并非所有的非线性因素对结构产生的影响是不利的。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 独塔斜拉桥的历史和发展简介

1．3 我国独塔斜拉桥的发展概况简介

1．4 斜拉桥几何非线性研究的发展与现状

1．5 本文的主要研究内容

2 斜拉桥几何非线性静力分析理论

2．1 斜拉桥的受力特点和静力计算理论

2．2 几何非线性分析的基本理论

2．2．1 斜拉桥结构非线性的来源

2．2．2 几何非线性数值分析的基本方法

2．3 斜拉桥几何非线性问题的分析和处理方法

2．3．1 大变形效应

2．3．2 拉索垂度效应

2．3．3 梁柱效应

2．4 本章小结

3 哈尔滨松浦大桥有限元模型的建立

3．1 松浦大桥方案简介

3．1．1 工程概况

3．1．2 设计方案

3．2 ABAQUS有限元模型的简化

3．2．1 有限元模型的简化说明

3．2．2 有限元模型中所用单元简介

3．3 ABAQUS有限元模型的建立

3．3．1 建模前的准备工作

3．3．2 空间有限元模型

3．4 ABAQUS在斜拉桥几何非线性分析中的应用

3．4．1 非线性问题的求解

3．4．2 拉索垂度效应的模拟

3．4．3 梁柱效应的模拟

3．4．4 拉索张拉的模拟

3．4．5 施工状态各个工况的模拟

3．4．6 边界条件及约束的模拟

3．5 本章小结

4 施工阶段几何非线性计算分析

4．1 施工方案介绍

4．1．1 施工方法

4．1．2 施工工况

4．1．3 吊机悬臂施工受力分析

4．2 施工阶段的分析方法

4．2．1 倒拆法

4．2．2 正装-倒拆迭代法

4．2．3 正装迭代法

4．3 施工阶段的ABAQUS有限元计算分析

4．3．1 施工阶段斜拉索初张力的确定

4．3．2 有限元计算分析情况及组合

4．3．3 部分工况计算结果分析

4．4 本章小结

5 成桥阶段几何非线性计算分析

5．1 引言

5．2 成桥阶段的ABAQUS有限元计算分析

5．2．1 有限元计算分析情况

5．2．2 二期恒载作用下几何非线性影响

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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