矮塔斜拉桥主梁受力分析与优化

论文摘要

矮塔斜拉桥是介于梁式桥与斜拉桥之间的新颖桥型,由于其优越的结构性能和良好的经济指标,越来越显示出巨大的发展潜力。论文在收集、总结和分析国内外矮塔斜拉桥的设计资料基础上,依据斜拉桥结构分析理论对于预应力混凝土矮塔斜拉桥的总体设计方法和设计参数进行了分析。首先,阐述了矮塔斜拉桥的发展历程和研究现状,结合国内外矮塔斜拉桥的设计和施工资料,较为系统地分析了矮塔斜拉桥的总体布置、结构特点、受力特性及其在桥梁工程中的应用前景。其次,斜拉桥索力的正确确定是实现合理成桥状态的首要任务,通过调整索力来改变结构的受力分配,对优化其受力尤其重要。本文在分析国内外各种斜拉桥索力优化方法的基础上,按照平面杆系有限元理论建立模型,依据影响矩阵理论以斜拉桥结构的弯曲应变能最小为目标函数,并且增加多种约束条件,得出实现斜拉桥合理索力的确定方法。最后,以实桥工程为背景,采用大型有限元分析软件Midas/Civil,对实桥进行静力分析,然后分析了预应力混凝土矮塔斜拉桥的主要设计参数变化对结构内力及变形的影响,从而得出了该类桥型的有效塔高、主梁无索区长度及边主跨比的合理范围。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.3 矮塔斜拉桥的特点
• 1.3.1 矮塔斜拉桥的结构特征
• 1.3.2 矮塔斜拉桥的受力特性
• 1.4 矮塔斜拉桥的发展趋势
• 1.4.1 跨径不断增大
• 1.4.2 主梁结构多元化
• 1.4.3 主梁结构轻薄化
• 1.4.4 索、塔锚固构造多样化
• 1.5 矮塔斜拉桥研究概况
• 1.5.1 国内外研究概况
• 1.5.2 存在问题
• 1.6 要研究内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 矮塔斜拉桥的总体设计和结构分析
• 2.1 总体设计
• 2.1.1 结构体系划分
• 2.1.2 跨径布局
• 2.1.3 拉索布置
• 2.1.4 桥塔布置
• 2.1.5 主梁布置
• 2.2 静力分析理论
• 2.2.1 平面杆系有限元分析矮塔斜拉桥单元刚度矩阵的形成
• 2.2.2 矮塔斜拉桥活载内力计算
• 2.3 最优化问题概述
• 2.3.1 最优化设计基本思想
• 2.3.2 索力优化模型
• 2.3.3 斜拉桥合理成桥状态理论研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 矮塔斜拉桥相关参数优化分析
• 3.1 基于Matlab优化工具箱的斜拉桥索力优化
• 3.1.1 影响矩阵法选取优化目标函数
• 3.1.2 索力优化模型的求解方法
• 3.1.3 优化模型的建立
• 3.2 塔高优化分析
• 3.2.1 塔高分析的考察目标
• 3.2.2 塔高变化计算与分析
• 3.3 无索区长度优化分析
• 3.3.1 无索区长度分析的考察目标
• 3.3.2 塔旁无索区长度的计算与分析
• 3.3.3 中孔跨中及边孔边部无索区长度计算与分析
• 3.4 边中跨比分析与优化
• 3.4.1 边中跨比分析的考察目标
• 3.4.2 中主跨比变化分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 峪道河大桥主桥静力总体计算
• 4.1 基本资料
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 主要材料力学性能指标及相关计算参数
• 4.1.3 计算荷载
• 4.1.4 荷载组合
• 4.2 总体静力分析
• 4.2.1 计算图示
• 4.2.2 主要计算结果
• 4.2.3 施工阶段分析
• 4.3 本章小结
• 结论与建议
• 主要结论
• 建议
• 参考文献
• 附录1 各组合作用下主梁上下缘应力图
• 附录2 各组合作用下主塔内力
• 附录3 各组合作用下主塔控制截面应力
• 致谢