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原文传递大跨度索道桥力学性能分析及可靠度研究

论文题名：	大跨度索道桥力学性能分析及可靠度研究
关键词：	索道桥;力学性能;非线性有限元分析;可靠度分析;拉索损伤
摘要：	索道桥是以钢丝绳或钢绞线为主要受力构件,钢横梁及木板等作为局部受力构件的一种悬索体系桥梁。具有建设周期短、投资小、载重量大等特点,特别适用于作高山峡谷中水电站建设的临时施工用桥,其自20世纪70年代中期由军队引入后经过不断改进,在西南地区的水电站建设中逐渐得到广泛应用,近年在许多山区高速公路、铁路和水电站建设中,为解决两岸临时通道问题,也常建造施工用索道桥,也取得了良好的经济效益。因此索道桥的优化设计、有限元分析、安全性及可靠性逐渐引起人们的重视。　　本文以不同跨度的三座索道桥为工程背景,分别介绍了索道桥的理论计算方法、数值计算方法及非线性有限元分析方法。在依托大量现场实测数据的基础上对云南某索道桥拉索损伤情况进行了全桥静、动力分析,并以有限元模型为基础,模拟了不同位置拉索破断情况下对索道桥力学性能的影响,研究了索力失效引起全桥结构拉索内力重分布的规律。其次,在总结可靠度计算方法的基础上,运用一次二阶矩—JC法对索道桥进行了可靠度分析,研究结果可为同类索道桥的优化设计及安全性分析提供理论依据,也丰富了索道桥在可靠度分析领域的技术资料。　　具体研究内容如下: 　　(1)以云南某索道桥为研究背景,采用线性简化的计算方法对索道桥结构主要受力构件及自振频率、临界风速等进行了计算,该理论计算方法基本能够满足索道桥的初期设计,可为特殊地段的桥梁选型、选材及工程预算等提供参考。并且通过理论计算得到的索道桥初始线形及初始索力可为下一步索道桥有限元模型的建立提供参考,从而有效的缩短建模时间。并且在查阅大量桥梁规范、建筑规范及材料拉索规范的基础上,对索道桥的主要受力部件:拉索、横梁、锚杆等进行了结构验算,并考虑了温度对索道桥的影响。　　(2)在总结拉索数值计算方法的基础上,本文分别推导了索单元的悬链线算法和抛物线算法,并比较了两种算法在索道桥的计算中的精度差别,得出一些有益结论。　　(3)以云南某索道桥拉索脱落为工程背景,结合现场实际情况,模拟出拉索脱落情况下的有限元模型,并将拉索脱落前的实测数据(理论数据)与拉索脱落后的实测数据(理论数据)进行了对比分析,总结得出拉索脱落对全桥静力、动力性能的影响。并且运用修正后的有限元模型,模拟出不同位置拉索失效的情况,分析不同位置拉索的损伤、脱落对索道桥索力重分布的影响,研究其对索道桥安全性能的破坏程度。为索道桥后期养护及健康检测技术的开发应用提供了分析数据和理论依据。　　(4)根据索道桥拉索的受力特点,索道桥拉索极限状态方程中的参数可由拉索抵抗拉力、恒载产生的索拉力、可变荷载产生的索拉力组成。在索道桥的可靠度分析过程中,由于目前可靠度的相关规范取值中,大多针对混凝土桥梁,没有针对索道桥的统计参数,实际中也缺乏大量统计数据。本文首先根据有限元模型对索道桥进行静力分析,然后在有限元计算结果及可靠度理论的基础上,参考大量桥梁结构用索和建筑结构用索中的统计参数,分析和统计出索道桥各参数变量的均值和标准差。采用一次二阶矩–JC法计算了索道桥拉索的可靠度指标β。并利用MATLAB编制了可靠指标计算程序,分别计算了在不同安全系数和不同荷载效应比值(永久荷载效应/可变荷载效应)情况下,索道桥可靠指标的变化情况,计算结果可为同类索道桥的优化设计及安全性分析提供理论依据。
作者：	郑益龙
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	王根会
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2010
正文语种：	中文