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原文传递复杂悬索桥施工过程精细化分析研究

论文题名：	复杂悬索桥施工过程精细化分析研究
关键词：	悬索桥;施工过程;精细化分析;主缆;索股;锚跨;塔顶鞍座;散索鞍;成桥状态;空缆状态;锚跨索股张拉力;主缆线形;双缆体系;空间缆索;索单元;鞍座-索单元;CR列式梁单元;理想恒载状态;数值解析法;有限元法;不平衡力向量;几何非线性分析;Newton-Raphson法
摘要：	随着悬索桥跨径的不断增大,主缆恒载拉力所占的比重不断增大,安全系数则逐渐减小,因此,有必要对悬索桥的施工过程进行更为精确的分析,而数值解析法和有限元法是悬索桥分析的两个主要方法,本文在对这两种方法分别进行完善的基础上,将它们有机地结合起来,从而达到精细化分析的目的.首先,详细分析了数值解析法的理论基础,完善了各种状态下平面缆索悬索桥主缆无应力长度和线形等的计算方法并编制了相应的程序,可考虑各种鞍座及其顶推、吊索、主塔刚度、猫道、温度变化等因素的影响;提出了成桥状态锚跨索股的两种合理索力分布模式,从而可按照锚跨索股的实际布置考虑索股离散性的影响,通过索股架设过程分析精确地计算基准索股的线形和索股架设过程中锚跨索股的理想张拉力,从而为施工提供准确的依据;发展了双缆体系多跨悬索桥主缆线形的数值解析方法并编制了相应的程序,对双缆体系悬索桥的受力特点进行了初步的研究;其次,提出了空间缆索悬索桥主缆线形的数值解析方法并编制了相应的程序,采用的空间计算模型可同时考虑主缆和吊索,可考虑空间鞍座的影响,且提出的算法具有很好的通用性,可用于各种悬索桥的主缆线形分析;完善了基于悬索精确解析解的索单元,考虑了节间荷载和两端刚臂的影响以及在组合均布荷载作用下的情形,并从理论上推导了空间索单元的平面外刚度系数,从而将空间索单元统一到平面索单元;提出了可用来模拟各种鞍座的鞍座-索单元,这种单元将鞍座及其顶推的模拟融为一体,也隐含了主缆与鞍座相切和主缆无应力长度保持不变这两个重要条件,提出了基于Newton-Raphson法的状态求解方法,并推导了显式表示的切线刚度矩阵,计算表明,这种单元具有很好的计算精度和计算速度;采用了适用于大转动的CR列式梁单元,对梁单元和杆单元,直接从初始态一次性地计算单元的抗力,并计算所有荷载在当前状态下的杆端力;在综合已有的非线性方程求解方法的基础上,针对悬索桥施工过程计算的特点,提出了将不平衡力向量在一个荷载步内分级施加的新算法,取得了很好的收敛效果;根据数值解析法和有限元法各自的优缺点,提出了将这两种方法有机地结合起来进行悬索桥理想恒载状态求解的方法;编制了可用于悬索桥施工过程分析的有限元分析程序,可用来精确模拟悬索桥各个施工状态,也可用来优化悬索桥的施工方案,并且具有很好的计算精度和计算速度.通过大量算例对所编制的程序进行了可靠性验证,并采用这些程序对悬索桥的特性进行了大量的研究,得出了一些有意义的结论.
作者：	罗喜恒
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	项海帆;肖汝诚
授予学位：	博士
授予学位单位：	同济大学
学位年度：	2004
正文语种：	中文