曲线预应力混凝土箱梁桥影响面加载研究

论文摘要

本文对曲线预应力混凝土箱梁桥结构空间分析时的活载加载方法进行了研究。具体内容如下:首先,将曲线梁纵向构件离散成曲梁单元,横向构件离散成直梁单元形成有限元计算模型,应用卡氏定理和相关力学方法,推导出每节点六个自由度且考虑横向剪切变形影响的空间曲梁、直梁单元的单元刚度矩阵、各类荷载作用下的空间等效结点荷载计算公式和坐标转换矩阵,引入结点约束信息表进行约束结构刚度矩阵的组集,形成了曲线梁梁格法静力分析模块。模块能快速有效地处理主从自由度、弹性支承和强迫位移,是用机动法建立梁格内力影响面时所必需的计算模块部分。其次,根据按米勒-布雷斯劳原理设计的机动分析法,先推导了曲梁、直梁截面发生单位强迫相对位移时的等效结点荷载计算公式,再运用线弹性的叠加原理,将梁格机动分析与梁格有限元静力分析相结合建立了内力影响面。与静力法及直接求解位移的机动法相比,梁格内力影响面计算效率得到了很大提高。再次,用动态规划法和穷举法并举的混合法思想,找出了一种对直桥进行影响面加载的方法,通过引入等代影响面的概念将此方法推广应用于曲线梁影响面加载。而且用六结点曲边四边形单元插值函数加密梁格影响面,与矩形单元拉格朗日插值及三角平面插值方法相比,不但提高了计算精度,且更适用于曲线梁桥的梁格法分析。最后,本文采用Fortran77语言将上述内容编制成程序,实现了曲线梁桥上部结构梁格有限元法计算的完整模块,在Fortran Powerstation 4.0集成开发环境下进行编译、调试、运行。通过一个算例分析计算表明,本文理论正确、算法可靠、所编程序具有足够的精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 曲线梁桥的发展现状
• 1.2 曲线梁桥的受力特点
• 1.3 曲线梁桥上部结构计算方法现状
• 1.4 问题的提出
• 1.5 本文的工作内容
• 第二章 曲线梁桥结构静力分析
• 2.1 概述
• 2.2 基本假定
• 2.3 空间梁单元的单元刚度矩阵
• 2.3.1 曲梁单元的单元刚度矩阵
• 2.3.2 直梁单元的单元刚度矩阵
• 2.4 空间梁单元的等效结点荷载
• 2.4.1 曲梁单元的等效结点荷载
• 2.4.2 直梁单元的等效结点荷载
• 2.5 空间梁单元的坐标变换矩阵
• 2.5.1 空间直梁单元的坐标变换矩阵
• 2.5.2 空间曲梁单元的坐标变换矩阵
• 2.6 曲线箱梁桥空间静力分析程序设计
• 2.6.1 约束结构刚度矩阵的组集
• 2.6.2 主从自由度处理
• 2.6.3 坐标变换式
• 2.7 曲线梁梁格法静力分析程序简介
• 2.8 小结
• 第三章 曲线梁桥内力影响面建立
• 3.1 概述
• 3.2 静力法建立内力影响面
• 3.3 机动法建立内力影响面
• 3.3.1 算法
• 3.3.2 等效结点荷载公式推导
• 3.4 程序实现
• 3.5 小结
• 第四章 直梁桥内力影响面加载
• 4.1 概述
• 4.2 加载方法
• 4.2.1 影响线加载的动态规划法
• 4.2.2 影响面加载的动态规划法
• 4.3 程序实现
• 4.3.1 影响面加密
• 4.3.2 人群及非机动车荷载加载
• 4.3.3 汽车荷载加载
• 4.3.4 挂车荷载加载
• 4.3.5 履带车加载
• 4.3.6 新规范荷载标准加载
• 4.3.7 直桥影响面加载主程序
• 4.4 小结
• 第五章 曲线梁桥内力影响面加载
• 5.1 概述
• 5.2 加载方法
• 5.3 程序实现
• 5.3.1 影响面加密
• 5.3.2 人群（非机动车）荷载加载
• 5.3.3 汽车荷载加载
• 5.3.4 挂车荷载加载
• 5.3.5 履带车加载
• 5.3.6 新规范活荷载标准影响面加载
• 5.4 小结
• 第六章 算例
• 6.1 概述
• 6.2 实例概况
• 6.3 计算分析及结果
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢