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原文传递双塔斜拉桥主体结构力学研究

论文题名：	双塔斜拉桥主体结构力学研究
关键词：	双塔斜拉桥;有限元法;结构静力分析;结构动力分析;计算机辅助工程
摘要：	计算机辅助工程(CAE)是一种迅速发展的信息技术，是实现重人工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持T程科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的、最重要的工具和手段。利用CAE分析，可对所设计的产品进行各种静态，模态，瞬态等分析。在虚拟环境下，预测产品的性能，获得产品的最优化化设计方案。苏通人桥位丁长江南通河段，是近期规划建设的长江最下游桥梁。主要由北岸接线工程、跨江人桥工程和南岸接线工程三部分组成。建成后的苏通人桥将创造四个世界之最：最大主跨，最深基础，最高塔桥，最长拉索。建成后的苏通人桥将成为世界建桥史上的一座里程碑。对于这样规模的千米级跨度的双塔斜拉桥，其设计和施工技术的可行性迫切需要通过相关关键技术的研究予以验证。本课题即是在这种研究背景_卜，运用所学的CAE中的有限元理论与软件程序米对苏通人桥的主桥结构进行了静力和动力分析，作为其中的关键技术的一部分，研究的内容具有非常重要的现实意义。苏通大桥的主桥采用的是双塔斜拉索方案，斜拉索桥是复杂的空间超静定结构，具有空间静力的特性，理论上应采用空间结构来分析。本课题用目前国内常规的由平面模型得到内力与变形再乘荷载横向分布系数的模式米考虑结构的空间效应。斜拉桥的三维空间有限元模型一般分为两种，一种为空间杆系模型，一种为空间板、壳、梁、块体模型。后者更接近实际，但计算工作量巨火。在斜拉桥的结构动力分析中，振型是空间分布的，必须使用二维空间有限元方法。运用有限元分析，第一项任务是计算了苏通大桥主桥上部结构的静力分布，通过建立静力分析力学模型，采用空间杆单元划分斜拉索，空间梁单元划分索塔，空间板单元划分主梁，计算出斜拉索、索塔和主梁的内力，然后根据主梁内力，建立扁平流线形钢箱梁的三维有限元模型，计算主梁的应力和变形；本课题的第二项任务为计算苏通大桥结构动力分析，主要是振动的基频和振型分析，包括对称侧弯、纵飘、一阶对称竖弯、一阶反对称竖弯、塔、梁侧弯耦合等，为苏通大桥抗震和抗风研究提供依据。具体完成了如下几项工作： 1．苏通大桥上部主桥静力分析的几何和力学建模； 2．苏通大桥结构动力分析的几何和力学建模； 3．斜拉索、索塔和主梁的内力分布情况； 4．主梁的应力和变形分布； 5．苏通人桥的基频； 6．苏通人桥的基本振型。论文的创造性成果如下： 1．结构静力分析结论：通过分析简化、建立计算模型、离散加载、计算分析得出了土桥在白重+恒载、白重+恒载+汽一超20级两种载荷组合时的变形、位移和应力分布情况。计算结果显示，最人应力和位移都山现在主梁的跨中部位，土梁及索塔的应力较小，满足构件的强度要求；在车辆活载作用下主梁及索塔的何移和挠度满足《公路桥涵通用规范》(JTJ021—89)及其他相关规范的要求。但也发现在两塔塔分离处，由丁应力集中的影响出现最人应力，在工程中可以通过过渡圆弧减小应力集中的程度，也可通过配筋凋整混凝十的受力状态，改变应力分布，不会影响使用安全。 2．结构动力分析结论：人跨度的斜拉桥，确保其抗震安全性非常重要。而桥梁结构的抗震性能主要取决于其结构体系，通过对塔梁的连接条件，过渡墩与辅助墩形式这两种结构体系建立的三维有限元计算模型，计算分析比较显示：塔、梁连接条件对地震反应的影响相当大。斜拉桥采用半飘浮体系时，梁端和塔顶的位移很大；双塔与梁主从时，塔柱的弯矩、特别是剪力又较大；仅左塔与梁主从时，两塔内力反应很悬殊，对整体抗震不利。从抗震的角度看，这三种体系的整体抗震性能都不理想；如果双塔与梁均采用弹性迮接，则桥梁结构整体抗震性能将会改进；当辅助墩和锚固墩采用双柱墩时，在地震作用下，墩柱可能会受到较大的拉力，对于墩柱是不利的，需进行特殊的构造处理；当辅助墩和锚固墩采用墙式墩时，在地震作用下，墙式墩的弯矩反应较大，应视辅助墩、锚固墩、和主塔的能力决定是否在墩项设置适当的措施以减小剪力和弯矩。本课题对桥梁关键技术的研究将有一定的指导意义。
作者：	邵萍
专业：	机械设计及理论
导师：	陈云飞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文