薄壁箱梁混合单元及其在斜拉桥双重非线性分析中的应用研究

摘要

斜拉桥因其强大的跨越能力和优美的景观而得到人们的青睐.随着科学技术的进步和社会需求的增长,斜拉桥数量越来越多,跨度越来越大,结构形式也日益多样化.我国大江大河众多,斜拉桥在中国有着广阔的应用前景.斜拉桥是一种柔性结构体系,实践证明,设计计算中必须考虑几何非线性,如果作承载力分析,还必须考虑材料非线性.方案比选和初步设计中,经常要变更数据,计算工作量巨大,通用软件虽然功能非常强大,但很难在短时间内获得准确的结果.因此,迫切需要一种简单、实用且能满足工程要求的计算方法和软件为设计服务.斜拉桥主梁和主塔大多为薄壁箱梁结构,其受力状态非常复杂,经典梁理论很难正确反映其受力特性.本文对薄壁箱梁和斜拉索的分析理论和计算方法作了较为深入的研究,提出了新的计算理论和方法,并将其应用于斜拉桥非线性分析.

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1前言

1.2现代斜拉桥发展概况

1.3斜拉桥非线性研究的重要性

1.4斜拉桥几何非线性研究现状

1.4.1斜索垂度的几何非线性效应

1.4.2梁-柱效应

1.4.3结构大位移效应

1.4.4大跨度斜拉桥几何非线性研究现状

1.5斜拉桥极限承载力研究现状

1.6单索面混凝土斜拉桥的若干特殊问题

1.6.1单索面混凝土斜拉桥结构特点

1.6.2单索面混凝土斜拉桥研究现状

1.7箱梁分析研究现状

1.8本文研究思路

第二章两节点空间非线性薄壁箱梁混合单元

2.1引言

2.2广义变分原理在有限单元法中的应用

2.3U.L增量形式的Hellinger-Reissner混合能量方程

2.3.1结构变形的U.L.描述

2.3.2 U.L.增量形式的Hellinger-Reissner混合能量方程

2.4两节点空间非线性薄壁箱梁混合单元

2.4.1基本假定

2.4.2单元截面上任一点的位移增量与截面形心位移的关系

2.4.3单元截面上任一点的应变增量与截面形心位移的关系

2.4.4增量应力棗应变关系

2.4.5单元内的位移场、刚度矩阵

2.5坐标变换

2.5.1 0时刻局部坐标系和整体坐标系的转换

2.5.2t时刻局部坐标系和0时刻局部坐标系之间的转换

2.6非线性增量方程的求解和收敛准则

2.6.1非线性增量方程的求解

2.6.2收敛准则

2.7计算步骤

2.8算例

2.9本章小结

第三章薄壁箱梁的弹塑性当量荷载法

3.1引言

3.2薄壁箱梁材料屈服条件

3.3薄壁箱梁加载条件

3.4薄壁箱梁本构关系、塑性削减矩阵

3.5塑性削减应力当量荷载

3.6计算步骤

3.7算例

3.8本章小结

第四章悬链线形空间非线性索单元

4.1引言

4.2斜拉索悬链线方程

4.3斜拉索问题分类

4.3.1给定自由长度的斜拉索计算

4.3.2给定索端力的斜拉索计算

4.4悬链线形斜拉索单元刚度方程

4.4.1单元刚度矩阵

4.4.2索、梁单元节点的主从约束关系

4.5算例

4.6本章小结

第五章工程实例分析

5.1引言

5.2无锡蓉湖大桥设计荷载下的几何非线性分析

5.2.1概况

5.2.2计算结果及分析

5.3淇澳大桥成桥试验和非线性有限元分析

5.3.1淇澳大桥简介

5.3.2成桥试验

5.3.3双重非线性分析

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢

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