矮塔斜拉桥合理成桥状态下索力优化方法研究

发布时间：2017-06-26 05:02

  本文关键词：矮塔斜拉桥合理成桥状态下索力优化方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着桥梁设计分析技术的发展,桥梁的组合形式越来越丰富。矮塔斜拉桥就是一种新型的索梁组合体系,是一种介于连续梁桥和斜拉桥之间的桥型。作为一种过渡性的桥型,它既保留了连续梁桥的预应力钢束,还保留了斜拉桥的斜拉索。由于矮塔斜拉桥特殊的结构性能和良好的经济效益,为各国广泛接受。然而对于该桥型的研究还不太完善,因此如何更加深入具体地认知该桥型依然显得很有必要。与斜拉桥类似,矮塔斜拉桥的设计也是从合理成桥状态开始的,因此如何确定合理成桥状态将是桥梁设计的关键一步。矮塔斜拉桥结构形式虽与斜拉桥相似,但其受力的特殊性使得合理成桥状态的确定,只能借鉴而非照搬斜拉桥的确定方法。矮塔斜拉桥中索力和预应力配置对于成桥状态的影响都不容忽视,相关文献中有对索力和预应力同时优化的研究,但是对于预应力的处理方式有所欠缺,同时有关预应力和索力作用的内在联系却鲜有关注。本文就如何同时考虑预应力和索力同时优化的问题进行了做了如下工作。本文综述了矮塔斜拉桥的发展历程,对比了矮塔斜拉桥与连续梁桥和斜拉桥在结构及力学方面的区别。总结合理成桥状态的确定方法,并对各个方法做出评价,为本文方法的提出提供理论借鉴。从桥型实际的受力和构造方面作分析,确定了桥型为“矮塔斜拉桥”的合理性,并对矮塔斜拉桥的界定参数进行了详细的介绍。介绍了常用的几种索力优化的方法,并确定以影响矩阵的方式优化问题进行处理。本文比较明确地分析了矮塔斜拉桥成桥索力优化的特殊性,并首次提出将预应力进行离散处理的方式,来共同考虑索力和预应力的优化问题。在总结之前研究的基础上,提出了补偿法进行索力优化的方法并详细叙述了方法的实施过程。通过建立补偿矩阵,从作用效果角度阐述了预应力和索力的内在联系。最后以龙井河特大桥作为工程背景对补偿法进行了检验,结果表明优化后的索力较设计索力降低了27.4%,验证了方法的可行性,本文中所做的工作可以为相关设计提供一定的参考。
【关键词】：矮塔斜拉桥 合理成桥状态 索力优化 预应力 影响矩阵 线性规划
【学位授予单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.27
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-23
• 1.1 引言9
• 1.2 矮塔斜拉桥的起源和发展9-16
• 1.2.1 矮塔斜拉桥的起源9-11
• 1.2.2 矮塔斜拉桥的发展历程及现状11-14
• 1.2.3 国内外已建成矮塔斜拉桥汇编14-16
• 1.3 矮塔斜拉桥的结构和力学特点16-18
• 1.3.1 构造特点16-17
• 1.3.2 力学特点17-18
• 1.4 矮塔斜拉桥合理成桥状态及确定原则18-20
• 1.4.1 桥梁合理设计状态18-19
• 1.4.2 桥梁合理成桥状态19
• 1.4.3 确定合理成桥状态的一般原则19-20
• 1.5 确定合理成桥状态的研究现状及存在的问题20-21
• 1.6 本文的研究内容和章节的分布21-23
• 第2章 矮塔斜拉桥的简单界定23-30
• 2.1 矮塔斜拉桥的称谓23-24
• 2.2 矮塔斜拉桥的界定24-28
• 2.2.1 索塔高度24
• 2.2.2 斜拉索应力幅24-25
• 2.2.3 索梁刚度比25-26
• 2.2.4 斜拉索索力度26-27
• 2.2.5 矮塔斜拉桥特征参数27-28
• 2.2.6 索梁荷载比28
• 2.3 界定参数评价28-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第3章 确定合理成桥状态的相关理论30-41
• 3.1 索力优化的力学基础30-32
• 3.2 确定合理成桥状态的常规方法32-38
• 3.2.1 刚性支承连续梁法32-33
• 3.2.2 力平衡法33-35
• 3.2.3 弯曲能量最小法35-37
• 3.2.4 应力平衡法37-38
• 3.3 确定合理成桥状态方法评价38
• 3.4 影响矩阵的思想38-39
• 3.5 拉索几何非线性的影响39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 基于补偿法的索力和预应力综合优化41-63
• 4.1 矮塔斜拉桥索力优化的特殊性41-43
• 4.2 补偿法的提出43-45
• 4.2.1 补偿法的概念43
• 4.2.2 补偿法的提出依据43-44
• 4.2.3 补偿法的力学基础44-45
• 4.3 补偿法的基本思想和具体的操作过程45-52
• 4.3.1 预应力补偿法的基本思想45-47
• 4.3.2 补偿法具体的实施过程47-52
• 4.4 常用的优化算法相关理论52-56
• 4.4.1 最小二乘法原理53
• 4.4.2 线性规划原理53-55
• 4.4.3 MATLAB求解线性规划问题55-56
• 4.5 关于AX=Y的反馈迭代56-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第5章 矮塔斜拉桥实桥索力优化计算63-80
• 5.1 工程背景63-66
• 5.1.1 工程概况63
• 5.1.2 设计标准及规范63-66
• 5.1.3 主要材料66
• 5.2 结构建模及优化过程66-74
• 5.2.1 有限元模型的建立66-67
• 5.2.2 结构优化规模67
• 5.2.3 优化求解过程67-72
• 5.2.4 计算结果及分析72-74
• 5.3 力学性能影响74-79
• 5.3.1 静力性能方面74-77
• 5.3.2 动力性能方面77-79
• 5.4 本章小结79-80
• 结论与展望80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间发表论文及参加的科研项目86

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