钢桁架拱桥优化设计研究

论文摘要

目前,国内对钢管混凝土拱桥优化设计研究较多,但对钢桁拱桥优化设计研究很少。本文以重庆市交委重点科研课题“特大跨钢桁拱桥设计与施工关键技术研究”为依托,开展了大宁河特大桥主拱截面理论优化设计研究,旨在为今后类似钢桁拱桥设计提供参考。主要研究内容有:1)针对钢桁拱桥弦杆有无加劲肋的构造特点,建立矩形薄壳单元的非线性方程,采用ANSYS软件,开展了厚板焊接压杆的承载力分析。探讨了无加劲肋箱形截面压杆在不同截面初始偏心下对杆件稳定安全系数的影响;对带有加劲肋箱形截面压杆,通过改变加劲肋厚度和所需加劲板的厚度比,考虑加劲肋刚度与压杆整体稳定之间的关系;2)基于桁架结构优化设计,对结构满应力优化设计、考虑局部稳定性的结构优化设计和位移约束条件下的结构优化设计的原理和优化模型进行分析和对比;3)在箱型压杆极限承载力分析的基础上,利用满应力准则,应用ANSYS优化分析功能,编制了大宁河特大桥主拱截面优化程序;4)优化分析结果表明,大宁河特大桥主拱截面与本文优化后的截面除个别杆件有差异外,其余杆件截面两者相差甚小,说明大宁河大桥主拱截面设计是合理的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 大跨度钢拱桥的发展历史
• 1.2.1 国外大跨度钢拱桥的发展历史
• 1.2.2 国内大跨度钢拱桥的发展历史
• 1.3 大跨度钢桁架拱桥的结构形式和受力特点
• 1.3.1 大跨度钢桁架拱桥的主要结构形式
• 1.3.2 大跨度钢桁架拱桥的结构组成
• 1.3.3 大跨度钢桁架拱桥结构体系的特点
• 1.4 桁架结构优化设计发展现状
• 1.4.1 研究进展
• 1.4.2 目前研究存在的问题
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第二章 箱形截面钢压杆的稳定设计和极限承载力分析
• 2.1 钢压杆稳定极限承载力的研究
• 2.1.1 钢压杆稳定研究历史的简要回顾
• 2.1.2 钢压杆极限承载力的计算方法
• 2.1.3 钢压杆极限承载力的非线性影晌因素
• 2.2 矩形薄壳单元的非线性方程的建立及求解
• 2.2.1 矩形薄壳单元的位移模式
• 2.2.2 应变一位移关系
• 2.2.3 应力一应变关系
• 2.2.4 非线性有限元方程组的求解
• 2.3 初始几何缺陷的处理
• 2.4 箱形截面钢压杆稳定极限承载力分析
• 2.4.1 无加劲肋箱形截面钢压杆稳定极限承载力分析
• 2.4.2 有加劲肋箱形截面钢压杆稳定极限承载力分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 结构优化设计理论
• 3.1 结构优化设计概述
• 3.1.1 结构优化设计概念
• 3.1.2 结构优化设计的发展状况
• 3.1.3 结构优化设计的分类
• 3.2 结构优化设计的数学模型
• 3.2.1 设计变量
• 3.2.2 目标函数
• 3.2.3 约束条件
• 3.2.4 变量连接
• 3.2.5 优化基本假设
• 3.3 离散变量结构优化设计的特点
• 3.4 有限单元法基本原理
• 3.5 基于ANSYS 参数化设计语言APDL 的结构优化设计原理
• 3.5.1 ANSYS 软件及参数化设计语言APDL
• 3.5.2 基于APDL 的优化设计原理和优化设计过程
• 3.5.3 基于APDL 的优化方法
• 3.6 结构的满应力优化设计
• 3.6.1 满应力优化设计的数学模型
• 3.6.2 满应力设计的收敛性
• 3.6.3 射线步调整
• 3.7 考虑局部稳定性的结构优化设计
• 3.7.1 压杆稳定的临界应力
• 3.7.2 压杆稳定下的优化模型
• 3.8 位移约束条件下的结构优化设计
• 3.8.1 杆件截面积对结点位移的影响
• 3.8.2 位移约束条件下的优化模型
• 3.9 本章小结
• 第四章 大宁河大桥设计理论优化研究
• 4.1 工程背景
• 4.2 仿真模型的建立
• 4.3 数学模型
• 4.3.1 目标函数
• 4.3.2 设计变量
• 4.3.3 约束条件
• 4.4 优化结果分析与比较
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果