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斜拉桥钢索塔的受力特性与破坏机理的研究
| 论文题名： | 斜拉桥钢索塔的受力特性与破坏机理的研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;钢索塔;有限元法;稳定;屈曲系数;极限承载力;几何非线性;材料非线性;初始变形;残余应力 |
| 摘要： | 钢结构相对于混凝土结构的诸多优点使得钢结构被广泛应用于土木工程的各个领域.在国外已有把钢结构用于斜拉桥索塔中的实例,中国现在刚开始把钢结构用于斜拉桥的索塔中.钢索塔作为一种新型的结构体系,在大跨度桥梁结构中有着广泛的应用前景.钢索塔是由钢板焊接构成的,索塔除了外部塔壁外,其内部还布置横隔板、竖隔板、纵向加劲肋和横向加劲肋.斜拉桥钢索塔除了在竖向承受巨大的轴向压力,在顺桥向和横桥向还要承受很大的弯矩,左右斜拉索的索力不同还使得索塔受扭矩作用.由于钢索塔构造的复杂和受力的复杂,非常有必要研究斜拉桥钢索塔的受力特性和破坏机理.该文结合具体的工程,用杆系有限元方法建立三维的斜拉桥全桥模型对索塔进行整体受力计算,得到索塔的内力分布情况.利用全桥空间杆系模型计算了几何非线性对索塔内力结果的影响程度.引入七自由度梁单元可以计算索塔中翘曲应力,分析翘曲变形对索塔应力的影响.引入六自由度壳单元建立索塔的板壳有限元模型,可以分析索塔真实的应力分布,与杆系有限元计算索塔的应力结果对比,发现了杆系有限元方法得到索塔局部位置处内力结果误差较大.由于用壳单元建立整个索塔的复杂性以及消耗大量的计算时间,该文给出了混合有限元方法可以克服杆系有限元方法和板壳有限元方法的不足,计算结果比较准确.在假定索塔不先发生局部失稳时,考虑几何非线性和材料非线性的影响,用三维杆系有限元方法计算了索塔的一类稳定的屈曲系数和二类稳定极限承载力系数.通过对索塔二类稳定的计算,分析了适用于索塔的极限承载力判别标准.用空间杆系有限元计算了不同形状的初始变形对索塔稳定的影响,提出了制定钢索塔有关规范时参考初始整体变形值.用六自由度壳单元对索塔节段进行了局部稳定计算,分析了索塔设计的极限承载力依据.在索塔节段的板壳模型中计算了残余应力和初始的局部变形对索塔节段稳定极限承载力的影响.利用壳单元计算板件的稳定时,可以考虑板件间的嵌固作用和板件间稳定的相关作用.用这种方法分析了索塔内横隔板对塔壁板件的嵌固作用,计算了纵隔板与塔壁板件的相关作用,并计算了纵向加劲肋和横向加劲肋所必需的构造.该文提出的混合有限元方法可以考虑索塔的整体初始变形和板件的局部初始变形,可以计算不同初始变形情况索塔的局部稳定和整体稳定的相关作用,可以用于索塔稳定极限承载力的计算. |
| 作者： | 苏庆田 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 张其林;吴冲 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学 |
| 学位年度： | 2003 |
| 正文语种： | 中文 |
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