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大跨径三塔结合梁斜拉桥施工阶段几何非线性分析
| 论文题名： | 大跨径三塔结合梁斜拉桥施工阶段几何非线性分析 |
| 关键词： | 结合梁斜拉桥;几何非线性;垂度效应;悬弹性索单元;CR列式增量法 |
| 摘要： | 结合梁斜拉桥凭借优越的跨越性能、施工进度快，充分发挥材料性能等优势，已成为大跨径桥梁建设中最有竞争力的桥型之一。但随着跨径的增大，斜拉索增长，主梁柔度和结构变形变大，几何形状的改变不能忽略，结构的内力及变形与荷载呈非线性关系。特别在施工阶段结构体系转化前，斜拉桥一直都处于悬臂状态，其整体刚度更低，几何变形更大，导致施工过程中的几何非线性问题更为突出。因此，开展大跨径结合梁斜拉桥施工过程几何非线性分析是十分必要的。 目前，国内外学者通常采用几何刚度矩阵法考虑梁-柱效应、TL列式或UL列式法考虑大位移效应和等效模量法考虑斜拉索的垂度效应来综合考虑大跨径斜拉桥施工过程中的几何非线性影响。但是随着跨径不断增大，等效模量法的二次抛物线近似越来越不满足精度要求，而基于悬链线理论的悬弹性索单元法很好地解决了这个问题。同时，近些年发展起来的CR列式增量法能够很好地解决UL列式法加载步长小的缺点。 武汉二七长江大桥，其结构形式为三塔双索面结合梁斜拉桥，桥跨布置为：90m+160m+616m+616m+160m+90m。主跨跨径达到了616m，是世界上同类桥型中跨径最大的。因此，本文以该桥为依托，以大型通用软件MIDAS为平台，仿真模拟悬臂施工全过程中各个工序，建立其空间结构有限元模型，采用悬弹性索单元考虑斜拉索垂度效应，几何刚度矩阵法考虑梁-柱效应和CR列式增量法考虑大位移效应考虑几何非线性，并选取三个最典型工况(最大单悬臂状态、最大双悬臂状态和合拢施加二期恒载状态)，从结构受载变形，内力增量等方面，研究大跨径三塔结合梁斜拉桥悬臂施工阶段几何非线性三个因素影响的规律性。 研究结果表明： 1)大跨径三塔结合梁斜拉桥施工阶段几何非线性对主梁变形和应力的影响较大。在最大双悬臂和单悬臂状态下，对悬臂端的位移影响达分别到了14.83％和12.22％，对主梁最大内力的影响分别达到了6.43％和5.61％。 2)斜拉索垂度效应对成桥施加二期恒载状态下边塔塔顶偏移的影响达到了8.42％，占到了综合影响的72.3％，在几何非线性三个因素中起主导作用。 3)采用悬弹性索单元模拟斜拉索、用几何刚度矩阵法考虑梁-柱效应和用CR列式增量法考虑大位移效应，相较于传统的方法精度更高，更准确。 本文的研究为大跨径三塔结合梁斜拉桥的合理施工提供科学依据，具有重要的理论与工程应用价值。 |
| 作者： | 邓晓光 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 刘沐宇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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