油气输送工程管道悬索桥静动力分析及设计优化研究

摘要

在过去的10多年里，随着我国油气管道的大量建设，跨越江河的大型工程越来越多，管道悬索桥以其跨越能力大、造价低、造型优美等特点，越来越受到广泛关注。本文以中缅油气管道工程怒江管道悬索桥为背景，提出基于ANSYS一阶优化确定成桥平衡线形的方法和流程。通过有限元软件ANSYS建立有限元模型，进行了非线性静力分析、动力特性分析及管-桥耦合地震时程分析。通过参数对比分析研究了管道支座约束、稳定索数量、风缆倾角、风缆索力、管道位置、输送介质质量及管-桥耦合效应对结构的静力、动力特性及地震时程的影响。根据管道悬索桥的特点，归纳出设计流程，对比分析类似工程的设计参数，并对现行跨越规范提出建议。最后基于以上的研究，提出设计优化建议。本文的主要研究结论如下:
　　(1)管道悬索桥的计算应进行非线性计算。
　　(2)非线性静力计算中，横风荷载和检修荷载通常为不利荷载工况。
　　(3)风缆和稳定索的设置对结构频率有较大改善，合理设置风缆可极大提高其贡献程度;在地震时程分析中，风缆和稳定索能改善结构的受力，减小结构位移。
　　(4)动力计算时，边界条件对管-桥耦合系统时程分析影响很大，两侧索塔基础刚度相差较大时，应精确考虑桩土作用;输送介质及管道的结构作用不容忽略，且管道支座的约束作用应同样引起重视。
　　(5)阻尼比的取值对结构受力影响很大，计算分析中应慎重取值。
　　(6)阻尼器的最优取值与边界条件有关，阻尼器参数敏感性分析时应考虑管桥耦合作用。
　　(7)设计优化时，应考虑风缆的合理设置，钢格板的合理选取等。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 管道悬索桥的发展现状

1．2．1 国外发展概况

1．2．2 国内发展现状

1．3 管道悬索桥的结构行为特点

1．3．1 结构组成体系

1．3．2 非线性的来源

1．4 管道悬索桥分析理论

1．4．1 弹性理论

1．4．2 挠度理论

1．4．3 有限位移理论

1．5 本论文的研究内容

第2章 管道悬索桥的非线性静力分析

2．1 怒江管道悬索桥工程概况

2．2 怒江管道悬索桥有限元模型

2．2．1 怒江管道悬索桥材料参数

2．2．2 怒江管道悬索桥荷载参数

2．2．3 管道悬索桥的线形确定方法

2．2．4 管道悬索桥的静力有限元模型

2．3 管道悬索桥的静力分析计算

2．3．1 分析计算荷载

2．3．2 施工阶段计算

2．3．3 成桥状态计算

2．3．4 运营阶段计算

2．4 管道支座约束对比分析

2．5 本章小结

第3章 管道悬索桥的动力特性分析研究

3．1 动力特性分析基本理论

3．2 怒江管道悬索桥动力特性分析

3．3 风缆主索的参数分析

3．3．1 风缆的设置

3．3．2 风缆角度变化

3．3．3 风缆索力变化

3．4 稳定索的参数分析

3．5 其它参数对结构的影响

3．6 静风控制措施建议

3．7 本章小结

第4章 管-桥耦合系统地震效应分析研究

4．1 地震分析理论

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 模型简化处理

4．2．2 有限元模型

4．3 地震时程分析

4．3．1 设防分类的确定及方法选择

4．3．2 地震波的选择

4．3．3 地震时程分析

4．4 结构边界条件合理模拟的探讨

4．5 抗震设计参数分析

4．5．1 阻尼对地震性能的影响

4．5．2 风缆系统对地震性能的影响

4．5．3 管道的上下层布置对地震性能的影响

4．5．4 桥塔刚度对地震性能的影响

4．6 阻尼器对管道悬索桥的影响分析

4．6．1 不考虑管-桥耦合效应的计算分析

4．6．2 考虑管-桥耦合效应的计算分析

4．6．3 对比分析研究

4．7 本章小结

第5章 管道悬索桥设计优化研究

5．1 管道悬索桥设计流程

5．2 工程对比分析

5．3 现行规范建议

5．4 设计优化建议

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及科研成果