混合梁有背索斜塔斜拉桥合理成桥状态计算分析及优化研究
发布时间：2020-03-15 01:22
【摘要】：本文以某混合梁有背索斜塔斜拉桥为背景,在其初步设计方案的基础上对其静力受力特点与合理成桥状态进行研究分析。通过有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥有限元模型,对其成桥状态进行静力分析计算,研究了汽车活载、温度作用以及收缩徐变对此种特殊桥型结构的影响。通过ANSYS有限元软件建立塔梁墩固结处局部分析模型,对比了杆系模型计算结果与实体模型的差异,发现杆系模型计算得到的主梁负弯矩峰值位置偏差较大,且主梁负弯矩峰值偏大15%。通过算例验证了梁杆组合模型方法对模拟预应力筋具有较高的精度,为在ANSYS中对梁单元模型施加预应力提供了一种简单有效的方法。结合ANSYS一阶优化方法、恒载弯矩可行域以及梁杆组合结构模型,利用混凝土斜拉桥合理成桥状态的分步算法对此混合梁有背索斜塔斜拉桥合理成桥状态进行研究。利用不同权重系数有针对性地将全桥划分为不同部分对弯曲应变能进行加权构建目标函数并对比分析,利用ANSYS有限元模型以及一阶优化方法确定其初始成桥状态及斜拉索索力；利用梁杆组合结构模型在初始成桥状态上模拟预应力的施加；构建其考虑活载作用的恒载弯矩可行域,并利用可行域针对优化目标加权构建新的目标函数进行二次索力优化从而确定最终恒载成桥状态。对比原初步设计方案,结构成桥受力状态优化效果显著。通过对比分析,本文研究了钢混结合段位置与背索锚固位置对结构的静力受力状态的影响,从成桥状态和运营状态两方面探讨了关键构造位置的合理选择,提出的选择方法对该类型桥梁的设计和研究具有参考意义。
【图文】：
由于斜塔的存在使其施工难度增大，目前国内外已建成的斜塔斜拉桥数量较少。逡逑叙塔斜拉桥中较特殊的是斜塔无背索斜拉桥，无背索斜拉桥是相对直塔斜拉桥型上的突破，后倾的塔身形状相对纤细的桥面来说表现一种强大稳固的为量感［４］。塔斜拉桥在桥塔两侧均有斜拉索，相对对称的斜拉索布置形式使桥塔在恒载作用下通过两侧斜拉索水平力保持平衡，主塔在恒载下基本不承受水平力及弯矩；而无背斜拉桥的桥塔的受力表现为在斜拉索索力及自身重力作用下的悬臂梁，即依靠塔身自重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩，形成了梁塔结构的平衡体系。世界各地选择建无背索斜拉桥更多的是因为此种桥型新颖独特，造型上富有建筑美感，而不是考虑力学性能或者其造价。逡逑西班牙的Ａｌａｍｉｌｌｏ桥调１－叫是无背索斜塔斜拉桥中的代表，主跨２００ｍ，塔１３４米，拉索按竖琴形布置，桥塔倾角较大，主梁相对轻盈。这座桥在设计上将结构、逡逑建筑、雕塑完美地融合在一起，体现出了精致的建筑美感。正是它的出现引起了世桥梁界对无背索斜塔斜拉桥的极大关注，世界各国相继建造出了本国的的无背索斜桥。由此也可看出，世界人民对桥梁建设的需求不只是局限于桥梁跨越的功能上，多的倾向于对桥梁美学的追求。逦逦逦逡逑
逦第４页逡逑我国于２０００年建成的哈尔滨太阳桥（图１－４），其结构设计为国内首创的独塔无背逡逑索双索面全焊接钢结构斜拉桥，，全桥总长２２８ｍ，其中主跨１４０ｍ，边跨６０ｍ，两端过逡逑渡孔各１４ｍ，桥宽１５．５ｍ，塔高９６ｍ，共有１５对斜拉索，该桥己成为哈尔滨标志性逡逑建筑之一巧。逦逡逑ｇ．逦Ｗ：－逡逑＾逦－．委京一，逡逑Ｉ逦？；p海搿㈠义希慑危粇柪瑁垮巍义希慑巍畆>媭稼Ｖ、巧．逡逑图１－４哈尔滨太阳桥逡逑斜塔有背索斜拉桥脚７］［８］，这种桥型介于直塔斜拉桥与无背索斜塔斜拉桥之间，它逡逑的力学特征与普通的直塔斜拉桥更为接近，其受力的独特性主要体现于桥塔的倾斜Ｗ逡逑及背索铺固形式的多样性。有背索斜塔斜拉桥作为一种新型的桥梁结构形式，利用塔逡逑柱倾斜产生的自重力矩与背索索力一同来平衡主梁的倾覆力矩，同时具有直塔斜拉桥逡逑与无背索斜拉桥的受力特点。这种桥型由于塔身倾斜
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U448.27
本文编号：2587083
【图文】：
由于斜塔的存在使其施工难度增大，目前国内外已建成的斜塔斜拉桥数量较少。逡逑叙塔斜拉桥中较特殊的是斜塔无背索斜拉桥，无背索斜拉桥是相对直塔斜拉桥型上的突破，后倾的塔身形状相对纤细的桥面来说表现一种强大稳固的为量感［４］。塔斜拉桥在桥塔两侧均有斜拉索，相对对称的斜拉索布置形式使桥塔在恒载作用下通过两侧斜拉索水平力保持平衡，主塔在恒载下基本不承受水平力及弯矩；而无背斜拉桥的桥塔的受力表现为在斜拉索索力及自身重力作用下的悬臂梁，即依靠塔身自重力矩来平衡斜拉索的倾覆力矩，形成了梁塔结构的平衡体系。世界各地选择建无背索斜拉桥更多的是因为此种桥型新颖独特，造型上富有建筑美感，而不是考虑力学性能或者其造价。逡逑西班牙的Ａｌａｍｉｌｌｏ桥调１－叫是无背索斜塔斜拉桥中的代表，主跨２００ｍ，塔１３４米，拉索按竖琴形布置，桥塔倾角较大，主梁相对轻盈。这座桥在设计上将结构、逡逑建筑、雕塑完美地融合在一起，体现出了精致的建筑美感。正是它的出现引起了世桥梁界对无背索斜塔斜拉桥的极大关注，世界各国相继建造出了本国的的无背索斜桥。由此也可看出，世界人民对桥梁建设的需求不只是局限于桥梁跨越的功能上，多的倾向于对桥梁美学的追求。逦逦逦逡逑
逦第４页逡逑我国于２０００年建成的哈尔滨太阳桥（图１－４），其结构设计为国内首创的独塔无背逡逑索双索面全焊接钢结构斜拉桥，，全桥总长２２８ｍ，其中主跨１４０ｍ，边跨６０ｍ，两端过逡逑渡孔各１４ｍ，桥宽１５．５ｍ，塔高９６ｍ，共有１５对斜拉索，该桥己成为哈尔滨标志性逡逑建筑之一巧。逦逡逑ｇ．逦Ｗ：－逡逑＾逦－．委京一，逡逑Ｉ逦？；p海搿㈠义希慑危粇柪瑁垮巍义希慑巍畆>媭稼Ｖ、巧．逡逑图１－４哈尔滨太阳桥逡逑斜塔有背索斜拉桥脚７］［８］，这种桥型介于直塔斜拉桥与无背索斜塔斜拉桥之间，它逡逑的力学特征与普通的直塔斜拉桥更为接近，其受力的独特性主要体现于桥塔的倾斜Ｗ逡逑及背索铺固形式的多样性。有背索斜塔斜拉桥作为一种新型的桥梁结构形式，利用塔逡逑柱倾斜产生的自重力矩与背索索力一同来平衡主梁的倾覆力矩，同时具有直塔斜拉桥逡逑与无背索斜拉桥的受力特点。这种桥型由于塔身倾斜
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U448.27
本文编号：2587083
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