预应力混凝土斜拉桥合理成桥索力与施工状态索力优化
发布时间：2021-10-23 13:30
斜拉桥因其出色的受力性能、合理的结构特点、美观的造型以及经济的造价等优势,在近大半个世纪中取得了十分迅速的发展,在大跨径桥梁中成为了首选桥型。并且随着斜拉桥的跨度不断增大,斜拉桥结构内力的优化越来越重要,结构内力的优化主要基于合理成桥状态索力的调整和施工期合理施工索力的控制。本文以某大型预应力混凝土斜拉桥为工程背景,对斜拉桥合理成桥状态和施工状态的索力优化调整进行研究计算。本文具体工作内容如下:1、简单介绍了国内外斜拉桥的发展,回顾了国内外大跨斜拉桥的合理成桥状态以及合理施工状态的确定和索力优化的研究现状,简单阐述了斜拉桥索力优化的基本概念,并提出了本文的研究意义和目的。2、探讨了索力优化的基本概念和发展的重要性,总结了斜拉桥合理称成桥状态的索力确定方法和索力优化的具体计算理论以及斜拉桥施工状态的索力控制和初始索力的计算方法,对比分析了不同的方法对于不用桥型和不同施工工序的适用条件和计算结果的合理性,得出了据实际情况合理的选择适合的方法进行索力优化计算不仅仅可以节省设计建造者的时间并且更加容易的达到理想的效果。3、基于工程实例构建了全桥的有限元模型,介绍了有限元建模的主要步骤和必要的建...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１古老的斜拉桥??
第二章斜拉桥成桥与施工状态索力计算和优化理论??值。??结构设计中的优化思想经过三十多年的发展己经相对成熟，但是在结构设计中斜??拉桥的优化理论设计的发展较为落后。在斜拉桥结构中斜拉索的索力对全桥结构的受力??和线形有着至关重要的影响，所以对于求解最优的索力是斜拉桥设计中最关键的一个因??素【３０］。??斜拉桥索力优化的基本概念的具体计算过程可以通过如图２－１的索梁结构图来解??释：??＾?——??Ｙ??ＥＡ??ｈ??ｑ??＾?Ｅｌ?Ｍ?￣?Ｘ???１／２?｜?＼！２???图２．１索梁结构图??图中所示结构为索梁组层的一次超静定结构，斜拉索索力的竖向分量用Ｎ表示，ｑ表示??作用于主梁的均布荷载，则主梁弯矩的表达式为：??Ｍ?＝－２ｑ｛ｌｘ－ｘ２）－＾ｘ?（２．１）??当斜拉索还未张拉时，由变形协调条件可以得出：??Ｓｑｌ４／３８４Ｅ１??Ｎ?＝?Ｐ／４８ＥＩ?＋?ｈ／ＥＡ?（２．２）??为方便计算，取％＾＝１，￥＝１９２，式（２．２）可以简化为Ｎ＝＃，将简化后的??Ｉ３?ｈ?８??Ｎ带入式（２．１）可得主梁弯矩如图２．?２ａ所示。这就代表斜拉桥一次成桥模型时的恒载??内力情况。??当然一次成桥模型的计算往往不能得出全桥结构的最佳合理受力状态，同时也不??能得出合理的成桥索力，这时我们便需要通过目标函数来进行索力的优化，通过索力的??调整来优化全桥的结构内力。假设取主梁弯矩的平方和为目标则目标函数为：??ｆ＝?２／〇，／２Ｍ２（ｘ）ｄｘ?（２．３）??１１??
硕士学位论文??为合理的成桥索力［３８］。这个方法与刚性支撑连续梁法一定程度上是一样的，但是由于零??位移法是通过位移的控制来进行计算所以考虑了斜拉索的水平分力，比刚性支撑连续梁??法适用性和计算结果的合理性上相对有优势一些。但是任然会存在局部索力突变，索力??沿桥向分布不合理等问题，这种方法依旧不适用与非对称斜拉桥和主跨与边跨采用不用??材料的斜拉桥桥型。??２．２．４弯曲能最小法??弯曲能量最小法是以斜拉桥结构中的几个重要组成部分为控制目标，包括塔、墩和??梁。以塔、墩和梁的弯曲应变能作为目标函数，构建数学模型，求解出一组合理的索力??使得成桥后塔、梁和墩的弯曲应变能最校但是这个方法在求解成桥索力时不考虑成桥??后的其他约束条件所以这个方法用于求解一次成桥模型［３９］，求解的过程中假定塔、梁和??索的轴向刚度取较极大值，梁和塔的弯曲刚度按实际取值，在成桥结构模型上加全部恒??载，这样得出的结构内力即为所求的合理结构内力。下面以一座简单的斜拉桥模型为例：??Ａ?：：：義??图２．?３斜拉桥简单结构图??斜拉桥的简单结构如图２．３所示，将结构中的斜拉索索力用相应的未知数巧，ｘ２，．．．，??ｘ６代替，如图２．４所示。??秦??Ｘ２Ｘ４Ｘ６?ＸｓＸｓＸｉ??／／／?Ｌ?＼＼＼?／／／?Ｌ?＼＼＼??图２．?４基本结构图??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土收缩徐变效应对矮塔斜拉桥索力的影响评价研究[J]. 王英飞,董伟. 中外公路. 2018(03)
[2]基于影响矩阵的双塔斜拉桥合理成桥状态研究[J]. 郑一峰,毛健,尹笑,郑传峰. 公路. 2017(02)
[3]斜拉桥合理施工状态计算方法对比分析研究[J]. 康春霞,杜仕朝,邬晓光. 铁道科学与工程学报. 2017(01)
[4]基于索梁权矩阵的矮塔斜拉桥索力优化[J]. 宋涛,宋一凡,贺拴海,文锋. 武汉大学学报(工学版). 2016(02)
[5]正装迭代法在确定斜拉桥成桥状态索力中的应用[J]. 王新征,王宗华. 公路工程. 2015(02)
[6]斜拉桥成桥索力优化理论及方法的最新进展[J]. 田源,杨海霞. 三峡大学学报(自然科学版). 2013(02)
[7]确定斜拉桥施工索力的影响矩阵法![J]. 冯仲仁,苗永慧,王雄江. 武汉理工大学学报. 2012(02)
[8]基于影响矩阵法的斜拉桥成桥索力优化[J]. 张峻峰,丁志威,罗学成. 交通科技. 2011(03)
[9]综合法初定斜拉桥合理成桥状态[J]. 唐密,左德中. 交通科技. 2010(02)
[10]斜拉桥索力精确模拟的矩阵分析法[J]. 张杨永,吴万忠,周云岗. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2009(06)
硕士论文
[1]斜拉桥有限元分析[D]. 毕丽媛.山东大学 2011
[2]斜拉桥挂篮施工模拟分析[D]. 高雅.南京林业大学 2010
[3]PC斜拉桥合理成桥状态研究[D]. 李熠.长沙理工大学 2009
本文编号：3453273
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１古老的斜拉桥??
第二章斜拉桥成桥与施工状态索力计算和优化理论??值。??结构设计中的优化思想经过三十多年的发展己经相对成熟，但是在结构设计中斜??拉桥的优化理论设计的发展较为落后。在斜拉桥结构中斜拉索的索力对全桥结构的受力??和线形有着至关重要的影响，所以对于求解最优的索力是斜拉桥设计中最关键的一个因??素【３０］。??斜拉桥索力优化的基本概念的具体计算过程可以通过如图２－１的索梁结构图来解??释：??＾?——??Ｙ??ＥＡ??ｈ??ｑ??＾?Ｅｌ?Ｍ?￣?Ｘ???１／２?｜?＼！２???图２．１索梁结构图??图中所示结构为索梁组层的一次超静定结构，斜拉索索力的竖向分量用Ｎ表示，ｑ表示??作用于主梁的均布荷载，则主梁弯矩的表达式为：??Ｍ?＝－２ｑ｛ｌｘ－ｘ２）－＾ｘ?（２．１）??当斜拉索还未张拉时，由变形协调条件可以得出：??Ｓｑｌ４／３８４Ｅ１??Ｎ?＝?Ｐ／４８ＥＩ?＋?ｈ／ＥＡ?（２．２）??为方便计算，取％＾＝１，￥＝１９２，式（２．２）可以简化为Ｎ＝＃，将简化后的??Ｉ３?ｈ?８??Ｎ带入式（２．１）可得主梁弯矩如图２．?２ａ所示。这就代表斜拉桥一次成桥模型时的恒载??内力情况。??当然一次成桥模型的计算往往不能得出全桥结构的最佳合理受力状态，同时也不??能得出合理的成桥索力，这时我们便需要通过目标函数来进行索力的优化，通过索力的??调整来优化全桥的结构内力。假设取主梁弯矩的平方和为目标则目标函数为：??ｆ＝?２／〇，／２Ｍ２（ｘ）ｄｘ?（２．３）??１１??
硕士学位论文??为合理的成桥索力［３８］。这个方法与刚性支撑连续梁法一定程度上是一样的，但是由于零??位移法是通过位移的控制来进行计算所以考虑了斜拉索的水平分力，比刚性支撑连续梁??法适用性和计算结果的合理性上相对有优势一些。但是任然会存在局部索力突变，索力??沿桥向分布不合理等问题，这种方法依旧不适用与非对称斜拉桥和主跨与边跨采用不用??材料的斜拉桥桥型。??２．２．４弯曲能最小法??弯曲能量最小法是以斜拉桥结构中的几个重要组成部分为控制目标，包括塔、墩和??梁。以塔、墩和梁的弯曲应变能作为目标函数，构建数学模型，求解出一组合理的索力??使得成桥后塔、梁和墩的弯曲应变能最校但是这个方法在求解成桥索力时不考虑成桥??后的其他约束条件所以这个方法用于求解一次成桥模型［３９］，求解的过程中假定塔、梁和??索的轴向刚度取较极大值，梁和塔的弯曲刚度按实际取值，在成桥结构模型上加全部恒??载，这样得出的结构内力即为所求的合理结构内力。下面以一座简单的斜拉桥模型为例：??Ａ?：：：義??图２．?３斜拉桥简单结构图??斜拉桥的简单结构如图２．３所示，将结构中的斜拉索索力用相应的未知数巧，ｘ２，．．．，??ｘ６代替，如图２．４所示。??秦??Ｘ２Ｘ４Ｘ６?ＸｓＸｓＸｉ??／／／?Ｌ?＼＼＼?／／／?Ｌ?＼＼＼??图２．?４基本结构图??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]混凝土收缩徐变效应对矮塔斜拉桥索力的影响评价研究[J]. 王英飞,董伟. 中外公路. 2018(03)
[2]基于影响矩阵的双塔斜拉桥合理成桥状态研究[J]. 郑一峰,毛健,尹笑,郑传峰. 公路. 2017(02)
[3]斜拉桥合理施工状态计算方法对比分析研究[J]. 康春霞,杜仕朝,邬晓光. 铁道科学与工程学报. 2017(01)
[4]基于索梁权矩阵的矮塔斜拉桥索力优化[J]. 宋涛,宋一凡,贺拴海,文锋. 武汉大学学报(工学版). 2016(02)
[5]正装迭代法在确定斜拉桥成桥状态索力中的应用[J]. 王新征,王宗华. 公路工程. 2015(02)
[6]斜拉桥成桥索力优化理论及方法的最新进展[J]. 田源,杨海霞. 三峡大学学报(自然科学版). 2013(02)
[7]确定斜拉桥施工索力的影响矩阵法![J]. 冯仲仁,苗永慧,王雄江. 武汉理工大学学报. 2012(02)
[8]基于影响矩阵法的斜拉桥成桥索力优化[J]. 张峻峰,丁志威,罗学成. 交通科技. 2011(03)
[9]综合法初定斜拉桥合理成桥状态[J]. 唐密,左德中. 交通科技. 2010(02)
[10]斜拉桥索力精确模拟的矩阵分析法[J]. 张杨永,吴万忠,周云岗. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2009(06)
硕士论文
[1]斜拉桥有限元分析[D]. 毕丽媛.山东大学 2011
[2]斜拉桥挂篮施工模拟分析[D]. 高雅.南京林业大学 2010
[3]PC斜拉桥合理成桥状态研究[D]. 李熠.长沙理工大学 2009
本文编号：3453273
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