独塔混合梁斜拉桥几何非线性及参数敏感性分析

发布时间：2020-03-20 09:12

【摘要】：混合梁斜拉桥的主梁由两种不同的材料组成,主跨主梁整体或部分为自重较小的钢梁,具有跨越能力大的优点;其余梁体为自重较大的混凝土梁,对斜拉桥整体起到锚固和压重作用,并减小主跨梁体的变形和内力。大跨斜拉桥作为高次超静定结构,其柔性结构的大变形问题以及弯矩和轴力的共同作用使其几何非线性问题变得更加突出,对其施工阶段和成桥阶段进行几何非线性分析尤为重要。另一方面,混合梁斜拉桥施工工艺复杂且施工中存在各种对桥梁形成目标造成影响的因素,如果不能很好消除各种偏差,可能导致斜拉桥成桥状态与设计要求不符。因此,对斜拉桥进行参数敏感性分析十分必要。本文首先介绍了斜拉桥的结构特点,并对斜拉桥的几何非线性研究现状进行总结。然后阐述了影响斜拉桥几何非线性的三个因素,并介绍了几何非线性方程的三种基本数值解法。最后以岳口汉江特大桥为工程背景,通过Midas civil有限元软件研究不同的几何非线性因素对混合梁斜拉桥施工过程和成桥状态下的影响,并在考虑几何非线性情况下,对岳口汉江特大桥进行参数敏感性分析,旨在为施工过程提供参考。研究成果如下:(1)综合考虑所有几何非线性效应共同作用时,对结构的影响最大,并且考虑所有几何非线性因素共同作用,并不等同于单独几种几何非线性影响效果进行简单叠加。(2)相比于成桥状态,几何非线性对最大悬臂施工状态影响较大,而成桥状态结构相对稳定,受力更为合理,影响相对较小。另外相比于结构内力,几何非线性对位移的影响较大,尤其对于主跨钢箱梁竖向位移的影响。(3)几何非线性对桥梁结构不同部位的影响程度不同,其对混合梁斜拉桥重要部位的影响应引起重视,例如钢混结合段的内力变化以及主塔偏位的变化,实际设计和施工中应对所有几何非线性因素进行考虑。(4)对成桥状态影响较大的施工参数有钢箱梁自重、施工荷载、拉索初张拉力和局部温差,为敏感性参数。混凝土箱梁自重、主梁刚度、拉索刚度和整体升降温对成桥状态影响很小,为次要参数。(5)不同的施工参数变化对成桥主梁线形影响较大,对成桥索力影响很小。另外对主梁线形影响较大的施工参数为斜拉索初张拉力,当拉索初张拉力减少5%时,应力增量最大为14.59MPa,累计位移差最大为266.75mm。(6)不同的施工参数变化下,中跨钢箱梁的截面应力和线形变化远大于边跨混凝土。另外,主梁下缘应力相比于主梁上缘应力对参数变化更加敏感,施工监控过程中应重视控制截面的下缘应力的变化。
【图文】：

汉江特大桥,有限元模型

图 3-4 岳口汉江特大桥有限元模型3.2.3 有限元分析工况本文分别考虑 4 种不同的计算工况，研究不同的几何非线性效应组合对大跨混合梁斜拉桥施工过程以及成桥阶段的影响，针对不同的几何非线性影响因素，可分别对模型进行相应的修改以进行模拟。对于斜拉索线性分析，即不考虑垂度效应，可通过只受拉桁架单元模拟斜拉索，该单元可忽略拉索的垂度效应，再进行线性分析。当考虑斜拉索的垂度效应，可通过 Ernst 公式进行折减，在 Midas 模型中通过使用索单元模拟斜拉索即可考虑垂度效应影响。对于大位移效应和梁柱效应，，在 Midas 施工阶段非线性分析控制选项中有两种方式进行处理[35-36]，分别是考虑大位移非线性分析与仅考虑 P-Delta 效应分析。大位移非线性分析综合考虑梁柱效应和大位移效应的影响，故本文使用大位移非线性分析选项分析混合梁斜拉桥的非线性效应。模型分析使用 C.R 列式

状态图,汉江特大桥,最大悬臂,主跨

3.3 施工过程中的几何非线性影响结果分析在 4 种不同的计算工况下，分别通过 Midas 对混合梁斜拉桥进行了施工阶段分析，共包含 104 个施工阶段。随着悬臂施工节段的增加，即悬臂跨度的增大，斜拉桥几何非线性效应愈加明显。为研究几何非线性对混合梁斜拉桥施工过程的影响，故选取主跨最大悬臂施工阶段进行分析，即 18#钢箱梁施工完毕并张拉相应的斜拉索，对应 Midas 计算模型中的施工阶段 CS59，如图 3-5 所示。
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.27

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