双拱塔斜拉桥结构分析与参数优化研究
本文选题:双拱塔斜拉桥 + 结构分析 ; 参考:《长安大学》2016年硕士论文
【摘要】:异型斜拉桥桥塔造型独特各异,受力情况均不相同,难以给予系统的概括。国内外关于异型斜拉桥的研究不多,因此多数情况都是针对某一特定的工程来展开研究。双拱塔作为一种新型异型桥塔,现阶段研究成果较少。为研究双拱塔斜拉桥合理成桥索力以及设计参数对结构的影响,本文以某双拱塔斜拉桥为工程背景,进行结构静力分析和设计参数优化研究。本文主要内容如下:(1)针对双拱塔斜拉桥的受力特点,采用Midas/Civil软件建立空间有限元模型进行仿真分析,计算表明:成桥索力值与设计值比较相差不大。根据斜拉桥合理成桥状态评判准则,对主梁位移、轴力、拱塔的位移、塔底弯矩等方面进行成桥状态分析,通过改变拉索初张拉力进行结构内力优化。(2)采用零位移法对双拱塔斜拉桥进行成桥阶段索力优化,计算结果表明:通过控制主梁成桥线形得到的成桥状态与原设计成桥状态差别不大,能够满足工程需要。对于塔、梁均采用钢结构的斜拉桥,可选用零位移法进行索力优化。(3)采用影响矩阵法对双拱塔斜拉桥进行成桥阶段索力优化,以塔梁的最小拉压应变能作为优化目标函数、运用数学软件MATLAB进行双拱塔斜拉桥合理成桥状态的索力优化,解决了之前求解索力繁琐困难的问题。(4)根据力学平衡原理和结构几何关系,首次推导给出拱塔倾角与索力之间的关系式;采用有限元方法,从主梁位移、轴力、拱塔位移、塔底弯矩以及成桥索力等方面研究拱塔夹角及拱塔高跨比对结构受力影响。本文计算结果表明:拱塔夹角的合理范围45°~50°,塔的高跨比合理范围0.509-0.534。这为今后同类型双拱塔斜拉桥的设计提供参考。
[Abstract]:The tower of special cable-stayed bridge is unique in shape and different in force, so it is difficult to generalize the system. There are few researches on special-shaped cable-stayed bridges at home and abroad, so most of them are focused on a particular project. As a new type of special bridge tower, the research on double arch tower is few at present. In order to study the rational cable force of double arch tower cable-stayed bridge and the influence of design parameters on the structure, the static analysis and the optimization of design parameters of a double arch tower cable-stayed bridge are studied in this paper. The main contents of this paper are as follows: (1) according to the stress characteristics of double-arch tower cable-stayed bridge, Midas / Civil software is used to establish the spatial finite element model for simulation analysis. The calculation shows that the cable force of the bridge is not different from the design value. According to the criterion of judging the state of the cable-stayed bridge, the state of the bridge is analyzed in terms of the displacement of the main beam, the axial force, the displacement of the arch tower, the bending moment of the tower bottom, and so on. The internal force of the structure is optimized by changing the initial tension of the cable. (2) the cable force of the cable-stayed bridge with double arch tower is optimized by zero displacement method. The results show that the bridge state obtained by controlling the alignment of the main girder is not different from that of the original design, and it can meet the needs of the project. For the cable-stayed bridge with steel structure, the zero displacement method is used to optimize the cable force. (3) the influence matrix method is used to optimize the cable force of the cable-stayed bridge with double arch tower. The minimum strain energy of the tower beam is taken as the optimization objective function. In this paper, the mathematical software MATLAB is used to optimize the cable force of the double arch tower cable-stayed bridge in order to solve the complicated and difficult problem of solving the cable force before. (4) according to the principle of mechanical balance and the relationship between structure and geometry, The relationship between the inclination angle of arch tower and cable force is derived for the first time, and the influence of arch tower angle and ratio of arch tower height to span is studied by finite element method from the aspects of main beam displacement, axial force, arch tower displacement, tower bottom bending moment and bridge cable force. The results show that the reasonable range of the angle between arch and tower is 45 掳/ 50 掳and the ratio of height to span of tower is 0.509-0.534. This provides a reference for the design of the same type double arch tower cable-stayed bridge in the future.
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U448.27
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,本文编号:2078848
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