薄壁钢箱梁斜拉桥悬臂施工过程稳定性的简化分析方法

发布时间：2020-11-04 07:08

　　 薄壁钢箱梁斜拉桥以其跨越能力强、抗风性能好、造型优美等特点备受桥梁设计者的青睐。近年来,为适应城市经济和交通量的发展要求,其结构造型已逐步呈现出主梁宽大化、扁平化以及桥塔高耸化等趋势,在提升社会效益的同时也对施工安全性提出了更高的要求。其中,该类桥梁的众多压弯构件在施工过程中的稳定性储备,已成为影响桥梁施工乃至初步设计决策的重要因素之一。在传统分析中,设计人员一般采用专业有限元软件建立完整施工阶段模型分阶段进行计算,这在需要考量众多设计因素的方案设计阶段,是很不经济的。针对该问题,本文利用正装分析原理和无应力长度建立平衡迭代方程,并结合主梁重要结构参数建立了一种钢箱梁斜拉桥悬臂施工过程稳定性的简化分析方法。该方法可通过较为简单的初始结构参数和施工阶段设定获得施工全过程的一类稳定系数曲线,以在早期为方案设计提供参考。本文首先介绍了无应力状态法的基本原理及其在斜拉桥施工中的应用;随后,提出了简化方法的计算原理:利用正装分析的基本原理和斜拉索的无应力长度建立了基于有限元的平衡迭代列式,通过初拉力循环迭代的方法求解施工索力,再通过参数分析建立考虑主梁宽度影响的修正计算公式,根据主梁结构特征计算并修正施工阶段的稳定系数。基于上述原理,利用MATLAB软件编制了计算薄壁钢箱梁斜拉桥悬臂施工阶段稳定系数的简化分析程序,通过在不同算例中与MIDAS软件分析结果的对比验证了该方法的有效性,并探讨和分析了该简化分析方法的实用性。在上述研究中,尽管利用MATLAB建立的简化分析方法与MIDAS软件的分析结果有一定差异,但在方案设计阶段,通过输入少量的斜拉桥初步设计参数快速分析施工阶段的稳定性,可以达到简化分析的目的,提高了设计效率。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U448.27
【部分图文】：

10110m×1020m220 m=10 m+10 m×10+10 m×10+10 m图 3-5 独塔斜拉桥的简化示意图根据独塔斜拉桥的简化示意图，建立 MIDAS 空间杆系模型，模型主视图和整体轮廓图分别如图 3-6、图 3-7 所示。

图 3-7 MIDAS 空间杆系模型整体轮廓图在 MIDAS 空间杆系模型中，斜拉索采用桁架单元模拟，主梁和桥塔采用梁单元模拟。主梁为钢箱梁，截面积 A1=2.466 m2，惯性矩 I1=5.855 m4，弹性模量 E1=2.06×1011N/m2；桥塔截面为八角形空心截面，截面积 A2=3.506 m2，惯性矩 I2=6.396 m4,弹性模量 E2=3.45×1010N/m2；斜拉索截面为实腹圆形截面，半径 D=0.1 m，弹性模量 E3=1.95×1011N/m2，编号从里到外依次为 1~10。3.2.2 施工阶段拉索初始张拉力的求解施工阶段拉索初始张拉力的求解是斜拉桥整个分析过程中非常关键的一步，一般的 MIDAS 求解方法分为两步：第一步，进行成桥状态分析，即首先建立一次成桥模型，在全桥自重、二期恒载、单位拉索初始张拉力作用下，进行静力分析，然后利用“未知荷载系数”的功能，通过设置一系列的约束条件，根据影响矩阵求出满

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文得的一组初拉力系数，将其代入成桥模型中并定义倒拆施工阶段，从而求出每根斜拉索在其对应施工阶段的张拉力。同时，也可以利用“考虑未闭合配合力的正装分析”来求解每根斜拉索在施工阶段的张拉力，两种方法得到的结果是相同的。并且，“考虑未闭合配合力的正装分析”只需要建立正装模型即可，该正装分析模型还可在后面的施工阶段稳定性分析中使用。因此，从整个斜拉桥分析过程考虑，在求解每根斜拉索在施工阶段的张拉力时，采用“考虑未闭合配合力的正装分析”相对较好，本文便是采用此种方法进行分析的。该桥的成桥目标状态如下图所示。
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本文编号：2869795