独塔斜拉桥两阶段合理状态研究及断索影响分析

摘要

独塔叠合梁斜拉桥凭借其自身的优点成为一种起步相对较晚、发展却十分迅速的桥型，其构造和受力复杂，结构空间效应显著。在所受荷载明确的情况下，如何确定其合理成桥状态及合理施工状态，是独塔叠合梁斜拉桥设计和施工控制面临的难题之一。拉索作为重要的支承和传力构件，其索力的确定是斜拉桥合理状态确定的前提和关键。另外，拉索在斜拉桥结构中属于相对薄弱的构件，在其寿命周期的任何阶段出现断索均会造成巨大损失，因此通过有限元仿真来研究断索对结构的影响，进而得到结构对不同位置拉索的依赖程度是有必要的。在建的鳌江四桥为空间双索面独塔叠合梁斜拉桥，两跨非对称布置，本文以此大桥为工程背景，利用 ANSYS进行仿真分析，系统地研究了该斜拉桥成桥阶段及施工阶段的合理状态的确定方法，并分析了斜拉桥成桥后断索对结构的影响。主要研究内容如下： （1）综合阐述、分析了目前国内外用以确定斜拉桥成桥阶段与施工阶段合理索力的方法，对各种方法进行一定的客观评价，详细介绍一阶分析法的原理及步骤，为本文后续研究奠定了理论基础。 （2）简要介绍鳌江四桥工程概况，利用ANSYS参数化设计语言（APDL）为该桥建立有限元模型，选取结构的弯曲应变能做为目标函数，基于一阶分析法的思想编写优化分析文件，用以确定最优的成桥索力，并对该成桥状态构件的内力及线形做出简要分析。 （3）为鳌江四桥拟定合适的施工工序，重新建立优化分析文件，选用合理成桥状态的主梁线形与结构弯曲应变能加权之和做为目标函数，采用一阶分析法进行优化分析，目的是为了获取施工过程中拉索二次张拉力，从而得到斜拉桥合理施工状态，为工程施工提供参考性意见。 （4）为了定性分析斜拉桥结构对各根拉索的依赖程度，以鳌江四桥成桥状态为基本状态，按单根断索和成对断索两种情况多种工况模拟断索现象，进行有限元仿真分析。将断索对索塔、主梁、拉索等构件的影响逐一进行分析，并考查断索对结构动力特性的改变程度，旨在为相似桥型的设计、施工及日常维修提供参考性依据。

目录

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1 绪论

1.1独塔叠合梁斜拉桥发展概述

1.2斜拉桥合理状态确定问题的研究现状

1.3现役斜拉桥拉索问题

1.4本文的研究内容及意义

2 斜拉桥两阶段索力优化方法

2.1合理成桥索力确定的常用方法

2.2合理施工索力确定的常用方法

2.3ANSYS一阶优化法原理

2.4本章小结

3 独塔斜拉桥合理成桥状态的确定

3.1 工程实例

3.2基于一阶分析法确定斜拉桥合理成桥状态

3.3 优化结果与分析

3.4本章小结

4 独塔斜拉桥合理施工状态的确定

4.1基于一阶分析法确定斜拉桥合理施工状态

4.2施工工序及有限元仿真

4.3结果分析

4.4本章小结

5 断索对独塔斜拉桥的影响分析

5.1断索对索塔线形的影响

5.2断索对其他拉索的影响

5.3断索对主梁线形的影响

5.4断索对斜拉桥动力性能的影响

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1主要研究成果及结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

附录