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基于变分原理的组合体系桥梁结构分析简化方法研究
| 论文题名： | 基于变分原理的组合体系桥梁结构分析简化方法研究 |
| 关键词： | 组合体系桥梁;结构分析;变分原理;主缆矢跨比;交叉吊杆数量 |
| 摘要： | 组合体系桥梁解决了现代桥梁跨径大、承载力要求高的难点，极大地推动了基础设施建设的发展。针对组合体系桥梁中广泛应用的结构，如混合梁结构、梁拱组合结构、斜拉结构、悬索结构进行简化，以混合梁刚构桥、梁拱组合体系桥及斜拉-悬索协作体系桥梁为代表，利用Ritz法基于最小势能原理及Hellinger-Reissner(HR)广义变分原理进行力学性能计算，将变分原理的计算结果与有限元结果或相关文献数据进行对比验证，同时对桥梁关键参数进行分析，为从业人员在组合体系桥梁的初步设计中提供一定的参考，也证明变分原理在组合体系桥梁简化分析中应用是可行的。论文研究内容如下: (1)利用Ritz法基于最小势能原理建立了混合梁刚构桥的静动力特性算法。以某座特定的混合梁刚构桥为算例，将其桥墩简化为等效抗弯弹簧，进行变分法分析。将解析结果与有限元结果进行对比，挠度和频率均误差小于5％，证明算法的适用性，最后对边主跨之比、钢箱梁与主跨之比和桥墩参数进行了分析。 (2)基于HR广义变分原理，将吊杆力简化为均布膜张力，针对单跨下承式梁拱组合体系桥梁推导了静力特性如拱肋荷载分担比、主梁挠度及梁拱轴力的解析公式。同时与有限元结果及文献中最小势能原理结果进行验证，各参数误差均在20％以内，计算精度高于最小势能原理，满足初步设计要求。最后对结构参数如抗弯刚度比、轴向刚度比、吊杆拱肋等代刚度比、拱肋矢跨比进行分析。 (3)分别基于最小势能原理及HR广义变分原理，针对斜拉-悬索协作体系桥梁计算在不同活载工况下的变形和内力。将两种变分原理结果通过与有限元结果及相关文献数据进行了对比验证，表明两者对位移的计算精度相当，HR广义变分原理对内力计算精度远高于最小势能原理。最后针对结构刚度、主缆矢跨比、中跨吊跨比、交叉吊杆数量等参数进行探讨。 |
| 作者： | 韦鹏 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 徐荣桥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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