详情

原文传递悬索桥缆索系统解析计算的新方法及其应用

论文题名：	悬索桥缆索系统解析计算的新方法及其应用
关键词：	悬索桥;缆索系统;鞍座修正;索鞍预偏
摘要：	缆索系统的线形和受力计算是悬索桥计算的关键，主要计算方法分为数值解析法和有限元法两种，其中数值解析法是已知主缆所受外力条件下主缆线形和内力的一种计算方法，它能简便模拟主缆与鞍座的接触问题，具有解答精确、输入数据少的特点，国内外学者对其在悬索桥计算中的运用进行了大量的研究，并提出了许多实用的理论。在前人工作的基础上，本文对缆索系统受力、构造和几何特性进行深入、详细的研究，提出了一套包含主缆找形、鞍座位置计算、鞍座预偏量计算、主缆调索计算的改进计算方法，开发了相关的程序软件。并对在建的杨泗港长江大桥工程实际进行分析、对比与验证，证明了本文方法的正确性及优越性。　　本文的主要研究内容及成果如下: 　　(1)对当前使用最为广泛的分段悬链线理论的计算过程进行了详细分析，重点分析了方程组求解过程可能不收敛的原因，并在此基础上提出了一种改进的计算方法，该方法基于对主缆索段的受力分析，在建立各索段统一线形方程的基础上，找到主缆最低点的位置及其斜率，利用变形相容条件建立方程，以主缆索力水平分力的变化规律来求解方程，具有受力明确、适应性强、计算简便的特点; 　　(2)对本文方法求解悬索桥主跨、边跨及锚跨主缆线形的过程进行了完整论述，重点分析了其在结构不对称和荷载分布不均匀（此时经典的分段悬链线求解过程可能不收敛）情况下的计算方法; 　　(3)对单圆曲线索鞍和复合圆曲线索鞍的受力状态和几何特性进行了详细研究，提出了悬索桥成桥状态下索鞍位置确定的改进计算方法，方法以索鞍和主缆的几何相容条件建立方程，求解方程即可得到索鞍的设计位置，在此基础上，本文还对主缆无应力长度的鞍座修正问题进行了分析; 　　(4)从主缆和索鞍的力学及几何特性出发，推导出考虑主索鞍和散索鞍相互耦合的索鞍预偏量计算方法，并应用于单圆曲线索鞍和复合圆曲线索鞍不同组合的分析，该方法的计算过程需求解一个十元的非线性方程组，故本文还研究了采用牛顿-拉斐森法对方程组进行求解的过程和初值选取方法; 　　(5)在对主缆的力学特性进行分析的基础上，提出了两种新的主缆调索计算方法，第一，基于主缆状态方程泰勒展开式的调索计算，主要思路是将主缆状态方程进行泰勒展开，并只保留至二次项，每次调索时只需求解展开后的一元二次方程即可获得调整量;第二，基于目标状态刚度的调索计算，主要思路是通过分段悬链线将目标状态的刚度求出，并以此刚度作为调索前的主缆刚度，以求得调整量和主缆线形的关系。同传统的抛物线调索公式对比发现，虽然以上两种方法的计算内容稍有增加，但计算精度更高，同时也不失现场的可操作性; 　　(6)对本文缆索系统计算方法编制了相应的计算软件，并应用于杨泗港长江大桥设计、施工，验证本文方法及软件的可行性; 　　(7)本文还在悬索桥整体计算过程中提出了索鞍位置解析算法和主缆有限元算法相结合的分析方法。　　本文研究成果可为悬索桥缆索系统的计算提供参考，具有一定的实用价值。
作者：	邓小康
专业：	结构工程
导师：	谢肖礼
授予学位：	博士
授予学位单位：	广西大学
学位年度：	2018