野三河大型悬索跨越结构的受力分析及优化计算

摘要

本文以野三河悬索桥为研究对象，利用ANSYS大型有限元分析软件，建立了管道悬索跨越结构的数值计算模型，对悬索跨越管道的动静态特性进行了分析，为以后同类结构的分析计算提供一种比较成熟科学的分析计算方法。在分析模型中，管道本身也是受力构件之一，与管桥上的主梁采取同一节点，把管道安装在悬索跨越整体结构里，进行动静态分析时管道本身也承受力，与管桥产生的偏移自由度保持一致，参与结构共同工作。管桥结构设计时起拱两米，一定程度抵消了承受压力，按合理的跨度以连续梁的型式基本不承受力。在动力分析时，按照动态时程分析法中的Mode Superposition法，通过模态分析得到振型，再乘以参与因子并求和来计算结构的响应，分析了地震和风荷载动态响应条件下管桥悬索跨越结构的振动位移、振动加速度以及最大应力时刻的应力、位移分布情况。采用同一标准进行动静态对比分析表明四条抗风索与两条抗风索的结构受力变化情况一致，Z向位移明显减小但竖直风索一定程度上起到消振的作用。最后初步给出了悬索跨越结构的塔架与主索安装、管桥安装的设计型式优化方法。

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文摘

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第一章 绪论

1.1绪言

1.2国内外应力情况

1.3悬索结构的分析方法

1.4悬索跨越结构的几何结构特点

1.5本文研究内容

第二章 悬索跨越结构静力分析

2.1悬索跨越结构的有限元模型

2.1.1悬索跨越结构的环境概况

2.1.2悬索跨越结构的基础设计尺寸

2.1.3单元类型

2.1.4材料

2.1.5单元截面与常数

2.1.6约束与荷载

2.1.7有限元模型的建立

2.2静力分析结果

2.2.1静力分析要求

2.2.2索系找形

2.2.3应力刚化与重力刚度的考虑

2.2.4正常营运阶段受力分析

2.2.5试压阶段的受力分析

2.3本章小结

第三章 悬索跨越结构动力分析

3.1悬索跨越结构模态分析

3.1.1悬索跨越结构动力特性分析方法

3.1.2分块Lanczos法简介

3.1.3模态分析结果

3.2悬索跨越结构地震响应分析

3.2.1地质勘查报告

3.2.2地震作用理论

3.2.3地震分析结果

3.3悬索式管桥跨越结构风荷载动态响应分析

3.3.1风荷载理论

3.3.2风荷载动态分析结果

3.4本章小结

第四章 悬索跨越结构型式优化

4.1加竖直风索的悬索跨越结构型式

4.1.1分析模型的建立

4.1.2正常营运阶段重力作用下的受力分析

4.1.3正常营运阶段重力和风载荷作用下受力分析

4.1.4地震响应分析

4.1.5风荷载动态响应分析

4.2塔架与主索连接

4.3管桥安装

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果

致谢