斜拉拱桥的设计参数优化研究

论文摘要

湘潭四桥是一种斜拉钢管混凝土拱桥结构,这种斜拉飞燕式钢管混凝土系杆拱桥结构是最近几年才出现的新型组合型桥梁,它为斜拉索和拱的组合体系,目前这种索拱共同受力的新型斜拉拱桥梁全世界也仅湘潭四桥一座,国内外对这方面的研究还很少,本文以湘潭四桥为工程背景,从以下几个方面对湘潭四桥的结构合理性进行了研究:1、用三次样条插值函数计算湘潭四桥的拱轴线方程,并用有限元对计算的拱轴线方程和设计的拱轴线方程形成的拱肋进行计算分析,得到各自的主拱拱肋弯矩,经比较得出弯矩较小的拱轴线方程为湘潭四桥的合理拱轴线;2、从边主跨跨径比、主塔有效高度、矢跨比、结构刚度等方面入手,研究了湘潭四桥结构体系的合理性,重点用有限元计算分析了主拱、边拱、主塔等主要受力构件的刚度比及承担荷载的效率,并指出了各构件不合理的地方及如何改进;3、指出了湘潭四桥结构体系施工过程中的索力调整与一般斜拉桥的明显区别,采用索力对斜拉索的影响系数法和索力对主拱弯矩的影响线法相结合对湘潭四桥进行索力调整优化,并用有限元方法对索力调整优化的效果进行检验。文中采用有限元分析讨论了湘潭四桥的几个主要设计参数即主拱拱轴线、边主跨跨径比、主塔有效高度、矢跨比、结构刚度以及斜拉索索力在成桥恒载下对整体结构受力状态的影响,并以此来提出一些合理的结构设置建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.1.1 工程概况
• 1.1.2 本桥的主要构造
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 斜拉桥
• 1.2.2 钢管混凝土拱桥
• 1.2.3 斜拉钢管混凝土拱桥
• 1.3 湘潭四桥的构思与结构特点
• 1.3.1 结构方案构思
• 1.3.2 结构受力特点
• 1.4 本文研究的意义及主要内容
• 1.4.1 研究的意义
• 1.4.2 研究的主要内容
• 第二章 湘潭四桥的合理拱轴线分析
• 2.1 拱桥合理拱轴线概述
• 2.1.1 拱桥合理拱轴线的概念
• 2.1.2 选择拱轴线的原则及常用的拱轴线型
• 2.2 湘潭四桥合理拱轴线的提出
• 2.3 湘潭四桥合理拱轴线的确定
• 2.3.1 三次样条插值函数
• 2.3.2 计算湘潭四桥的合理拱轴线
• 2.3.3 湘潭四桥合理拱轴线分析
• 2.4 计算拱轴线与设计拱轴线的比较
• 2.4.1 模型建立
• 2.4.2 有限元分析合理拱轴线
• 第三章 湘潭四桥结构体系的合理性分析
• 3.1 湘潭四桥结构体系的特点
• 3.2 湘潭四桥边、主跨跨径比的分析
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 湘潭四桥跨径比的分析
• 3.3 湘潭四桥主塔的有效高度和刚度分析
• 3.4 湘潭四桥的矢跨比分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 湘潭四桥索力影响矩阵特征与调整过程的优化
• 4.1 湘潭四桥索力调整特征
• 4.2 湘潭四桥索力影响矩阵的计算
• 4.2.1 湘潭四桥的索力影响矩阵
• 4.2.2 湘潭四桥索力影响矩阵的计算
• 4.3 按索力对主拱弯矩最小进行索力调整优化
• 4.3.1 索力对斜拉索的影响系数
• 4.3.2 按索力对主拱弯矩最小进行索力调整优化
• 4.3.3 索力调整优化的效果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 读硕士期间发表的论文及科研情况