考虑几何非线性斜拉桥索力优化及成桥索力调整方案研究

摘要

斜拉桥作为一种由索、塔和梁组成的组合体系桥梁结构,以其跨越能力大,结构新颖而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一。斜拉索是斜拉桥的重要组成部分,它承担了施工阶段和成桥后正常运营阶段的大部分荷载,索力合理与否直接决定了斜拉桥施工阶段结构的受力安全和成桥后结构内力的合理分布。因此,斜拉桥索力的优化对斜拉桥成桥后内力状态是否合理具有重要的影响作用。
　　 对于大跨径斜拉桥来说,其几何非线性的影响已经不能忽视。因此在索力的优化中也有必要考虑其影响。然而现有斜拉桥索力优化程序大多在线性条件优化得出索的初始拉力。虽然许多学者对斜拉桥的非线性索力做了大量研究,也取得了一定成果,但是其优化方法得出的是斜拉桥成桥后斜拉索的内力,并没有介绍如何得出拉索的初始拉力。
　　 本文在现有研究的基础上,围绕非线性下斜拉桥成桥状态合理初始索力的确定这一主题展开工作,归纳起来有以下几个方面:
　　 (1)分析了大跨径斜拉桥几何非线性的主要影响因素,包括斜拉索的垂度效应、弯矩与轴向力组合效应和大变形效应,同时对目前斜拉桥几何非线性问题的分析理论和研究水平进行了综述,相应讨论了各非线性影响因素的处理方法,即分别采用等效弹性模量法、引入稳定性函数和实时修正结构的几何位置。
　　 (2)斜拉桥索力的正确确定是实现合理成桥状态的首要任务,通过调整索力来改变结构的受力分配,对优化其受力尤其重要。本文回顾了国内外确定斜拉桥合理成桥索力方法的研究现状与发展水平,对斜拉桥成桥索力优化的现状作了初步的分析,并归纳出了斜拉桥优化的原则。
　　 (3)分析斜拉桥的三大几何非线性因素对斜拉桥拉索合理初始拉力的影响。在几何非线性的三大因素中,以斜拉索垂度效应影响最大,大位移效应次之,梁一柱效应影响最小。以郧阳汉江公路大桥为算例,利用Midas/Civil现有的线性优化功能,进行迭代求出其非线性下拉索的初始拉力。