大跨度公铁两用斜拉桥非线性静动力特性分析

摘要

随着铁路公路现代化的建设快速发展，跨越大江大河的桥梁工程不断增加，采用大跨度斜拉桥的工程逐渐增多。相对悬索桥来说，斜拉桥具有结构刚度大，抗风性能好，斜拉索可以自锚于主梁和桥塔，省去了锚碇，造价相对较低的优点，是大跨度铁路、公路桥梁的主要推荐方案。随着斜拉桥跨度的不断增大，结构的几何非线性也愈加明显，在对大跨度公铁两用斜拉索桥进行静动力特性分析时，有必要考虑结构的几何非线性。针对以上内容，本文主要了做了以下几个方面的研究:
　　(1)调研了国内外公铁两用斜拉桥的发展状况与已建桥梁案例，对斜拉桥分析理论:有限元理论和几何非线性分析理论进行了总结概述，为如何分析计算大跨度公铁两用斜拉桥的非线性静动力特性奠定理论基础。
　　(2)依托某大跨度公铁两用斜拉桥工程背景，针对公铁两用斜拉桥的几何非线性问题，分别从结构分析的有限元理论和几何非线性理论进行总结，分析归纳了处理拉索垂度效应、梁-柱效应和大位移效应的有效方法。
　　(3)结构静力特性的非线性计算分析研究
　　针对斜拉桥恒载作用下的合理成桥状态进行分析研究，采用影响矩阵法确定合理成桥状态下拉索索力，并计算分析合理成桥状下结构的位移和应力;系统计算分析结构非线性因素:拉索垂度效应、梁-柱效应和大位移效应对结构静力性能的影响。具体表现为:大位移效应和拉索垂度效应对主桁竖向位移和主塔纵向位移影响相对较大，三种结构非线性因素对结构应力影响较小。
　　(4)研究公铁两用斜拉桥在运营阶段的静力性能，考虑桥梁关键静力参数参数:整体温度变化、基准风速值和支座位移量，研究上述参数在一定范围内变化时的结构响应，与成桥状态的结构响应进行对比分析，分析结构对三组荷载参数的敏感性。温度作用主要影响主桁的纵向位移和竖向位移，风荷载主要影响主桁跨中横向位移和桥塔的横向位移，支座位移主要影响该支座处的主桁位移和主桁应力，桥塔支座位移对桥塔竖向位移和应力都有很明显的影响。
　　(5)结构动力特性响应的研究
　　运用通用有限元程序进行建模，计算其动力特性，并进行自振特性分析;通过改变结构参数，研究结构质量、主桁高度和主桁高度对结构自振特性的影响;按照反应谱分析和时程分析两种方法对大桥进行地震的地震动分析，研究该桥在地震的地震响应和抗震性能，并研究结构质量、主桁高度和主桁高度对结构动力响应的影响。结构质量、主桁高度、主桁宽度对结构地震作用下的位移影响相对较大，对结构的应力响应影响不明显。
　　综上所述:斜拉桥合理成桥状态下，拉索索力相对于桥塔成近似对称分布，拉索索力与拉索长度成正相关。几何非线性中大位移效应对结构的位移计算影响最大，拉索垂度效应次之，梁-柱效应影响最小;几何非线性对拉索应力影响不明显。温度作用主要影响主桁的纵向位移和竖向位移，风荷载主要影响主桁跨中和桥塔的横向位移，桥塔支座位移对桥塔竖向位移和应力都有很明显的影响。结构质量、主桁高度、主桁宽度对结构地震作用下的位移影响相对较大，对结构的应力响应影响不明显。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 斜拉桥的历史与发展

1．1．1 斜拉桥的历史与发展概况

1．1．2 现代斜拉桥的发展趋势

1．2 大跨度公铁两用斜拉桥的发展

1．3 本文的研究背景与研究内容

1．3．1 某公铁两用斜拉桥的工程背景

1．3．2 本文研究内容

2 斜拉桥静动力特性分析理论

2．1 斜拉桥分析理论

2．2 结构分析中的有限元法方法

2．3 斜拉桥的非线性分析理论

2．3．1 拉索的垂度效应

2．3．2 梁-柱效应

2．3．3 大位移效应

2．4 本章小结

3 斜拉桥合理成桥状态研究

3．1 概述

3．2 空间有限元计算模型的建立

3．2．1 桥梁主要构件的模拟

3．2．2 基本荷载标准及约束条件

3．2．3 空间有限元计算模型的建立

3．3 合理成桥状态

3．3．1 影响矩阵法

3．3．2 合理成桥索力

3．3．3 结构位移和内力

3．4 结构非线性因素的处理对策

3．4．1 拉索的垂度效应的处理对策

3．4．2 梁-柱效应的处理对策

3．4．3 大位移效应的处理对策

3．5 本章小结

4 公铁两用斜拉桥运营阶段关键参数分析

4．1 概述

4．2 静载作用下的关键参数分析

4．2．1 温度作用下斜拉桥受力性能分析

4．2．2 静风荷载作用下斜拉桥受力性能分析

4．2．3 支座位移作用下斜拉桥受力性能分析

4．2．4 荷载组合作用下斜拉桥计算分析

4．3 静载参数敏感性分析

4．3．1 温度作用对结构静力性能的影响

4．3．2 风荷载对结构静力性能的影响

4．3．3 支座位移对结构静力性能的影响

4．4 本章小结

5 公铁两用斜拉桥动力性能分析研究

5．1 概述

5．2 结构自振特性分析研究

5．2．1 结构自振特性计算分析

5．2．2 结构自振特性对比

5．3 地震反应谱分析

5．3．1 概述

5．3．2 结构位移计算分析

5．3．3 结构应力计算分析

5．4 地震时程分析

5．4．1 概述

5．4．2 结构位移计算分析

5．4．3 结构应力计算分析

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

附录

作者简历

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