斜拉索加劲板桁组合结构受力特性分析与研究

摘要

混凝土桥面板和钢主桁相结合共同作用的板桁组合结构,因有诸多优点而在中国铁路桥梁特别是大跨度公铁两用斜拉桥中获得应用.但关于这种型式桥梁可供参考的文献较少,桥梁工作者急需全面了解其受力特性.该文采用ANSYS提供的参数化设计语言APDL,将虚拟温度荷载法引入其中,使其具备了调整斜拉桥成桥恒载索力的计算功能.该方法能实现调索前后结构分析计算模型的统一,且能方便地考虑调索过程中各种非线性因素的影响.以芜湖长江大桥主航道板桁结合主梁斜拉桥为工程背景,采用空间有限元法,结合大型商用软件ANSYS,进行了多工况的空间受力特性分析,进一步深入研究了该类桥梁的力学特性.结果表明:下平联及铁路桥面系的轴力分配作用不容忽视,随着铁路横梁刚度的增加,其分配作用更加明显;索力主要是通过空间斜杆和斜撑传给主桁;板桁组合结构必须采用能考虑杆件次应力的力学模型进行分析.该文还分析了公路横梁刚度、混凝土桥面板的厚度及混凝土材料非线性对板桁斜拉桥混凝土桥面板有效宽度计算的影响,得出了有益结论;并提出了桥面板平均有效宽度的概念,可为平面杆系有限元进行大跨度桥梁计算时提供参考.

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第一章绪论

1.1问题的提出与本文的工程背景

1.2板桁结合梁斜拉桥的发展概述与特点

1.3板桁结合梁斜拉桥的研究现状

1.3.1板桁结合梁结构的分析研究方法

1.3.2斜拉桥结构分析理论的研究现状

1.4桥面板有效宽度

1.4.1剪力滞与有效分布宽度

1.4.2研究方法现状

1.5本文工作内容

第二章斜拉桥结构有限位移理论

2.1概述

2.2几何非线性问题的描述

2.2.1变形体的运动描述

2.2.2总体拉格朗日列式法

2.2.3修正的拉格朗日列式法

2.3空间梁单元切线刚度矩阵

2.4斜拉索的计算模拟

2.5非线性方程组求解及收敛准则

2.5.1非线性方程组求解方法

2.5.2收敛准则

第三章芜湖长江低塔板桁结合梁斜拉桥的静力分析

3.1引言

3.2芜湖长江大桥斜拉桥结构简介

3.3有限元建模

3.4斜拉桥成桥初始恒载索力的调整

3.4.1参数化程序设计技术

3.4.2基于APDL的斜拉索初始恒载索力调整

3.5斜拉桥几何非线性计算

3.6设计荷载范围内的静力分析

3.6.1成桥状态分析

3.6.2全桥满布荷载分析

3.6.3中跨满布活载分析

3.6.4两边跨满布活载分析

3.6.5半桥满布活载分析

3.6.6偏载特性分析

3.7下平联及铁路桥面系的分配作用

3.7.1下平联与下弦杆共同作用

3.7.2各工况下铁路桥面系的分配作用

3.7.3横梁抗弯刚度对下平联及铁路桥面系分配的影响

3.8副桁的传力特点

3.9成桥状态次应力分析

第四章板桁斜拉桥桥面板有效宽度分析

4.1芜湖长江大桥斜拉桥桥面板的有效宽度计算

4.1.1桥面板的纵向应力分析

4.1.2混凝土桥面板有效宽度的数值分析

4.1.3平均有效宽度的计算程序编制

4.2公路横梁刚度对桥面板有效宽度计算值的影响

4.3桥面板厚度对有效宽度计算值的影响

4.4混凝土材料非线性对桥面板有效宽度计算值的影响

第五章结论与展望

5.1结论

5.2进一步研究的展望

致谢

参考文献

附录A