高低塔不对称斜拉桥合理状态索力研究及程序设计
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摘要
高低塔单索面不对称斜拉桥结构型式新颖,受力特点区别于传统对称体系斜拉桥体系。为了解其合理成桥和施工状态下受力特点,通过仿真计算,对桥梁的成桥受力状态和施工受力状态进行模拟分析。本文以涪陵乌江二桥为工程背景,运用有限元分析软件Midas/Civil建立空间有限元模型,对该桥合理状态进行研究,同时编写了斜拉桥静力计算程序来解决这问题。
本文主要的内容和结论如下:
1)运用最小弯曲能量法结合影响矩阵及最小二乘法原理来确定该桥恒载下的合理成桥状态,并考虑活载下的合理成桥状态。计算结果表明该计算方法确定斜拉桥成桥状态是较为合理的。
2)采用正装迭代法来确定斜拉桥施工初张索力,并使用差值法修正,取得了良好的效果。通过迭代计算,使正装的成桥索力与合理状态索力基本一致。表明这种方法确定斜拉桥施工状态是合理、有效的。
3)斜拉桥合理状态受多种参数影响,本文对影响参数进行了敏感性分析,计算结果表明,梁段重量、几何非线性、混凝土收缩徐变和温度效应对该结构的影响具有特殊性,故应在确定斜拉桥合理状态时考虑上述因素。
4)以平面杆系有限元法为基础,运用影响矩阵法以弯曲应变能最小为目标函数进行索力优化,确定斜拉桥成桥理想状态,用正装法确定斜拉桥施工理想状态。并在上述理论、方法的基础上,用面向对象的编程工具Visual Basic结合Visual Fortran编制了相应的计算分析软件。从而可以更方便、快捷地的确定斜拉桥合理状态。
the structure system of the high and low towers cable-stayed bridge, takes single central cable plane and asymmetrical type, is novelty ,and the strength behavior of two-towers cable-stayed bridge is different from other traditonal two-towers cable-stayed bridges. In order to understand the strength behavior characteristic like this type the rational completion state.At the same time ,compile the cable-stated static program to solve the problem.this paper taking this bridge as background, by using finite element analysis software Midas/Civil to establish dimensional finite element models, analytical calculated the rational completion state.
The main contents and conclusions of this thesis are as follows:
1) The reasonable dead loads state is determined by the minimum bending energy method and cross interaction matrix, then modified the difference using least square method. This paper applied to determine the state under live loads.It indicates that determine the reasonable design state of cable-stayed bridge comprehensive consideration these theoretics is an ideal method.
2) The initial cable forces are gained by the forward iteration method, then modified the difference using the difference method. The finished cable forces are consistent to that of the target state basically. Get through a few of iteration, this indicated determinate the construct state of bridge by it are reasonable and effective.
3) The rational completion state of cable-stayed bridge is a process influencing by several parameter. For the sake of finding the main aspect ,this paper analysis the sensitivity of some parameters, the result indicates the beam weight, geometric non-linearity,the shrinkage and crape of concrete and temperatureare prominence, so these parameter must be considered during the rational completion state .
4) Based on plane bar finite element, Ideal completed structure is deterinined by erect matrix method with choosing the strain energy of the structural system as optimum aim. Ideal state of construction is determined by forward-running analysis. Based on these theories and methods, construction control of cable-stayed Analysis System is developed by using object oriented programming tools, Visual Basic and Visual Fortran as tool. This program make the reasonable state of cable-stayed bridge become more convenience at any time.
本文主要的内容和结论如下:
1)运用最小弯曲能量法结合影响矩阵及最小二乘法原理来确定该桥恒载下的合理成桥状态,并考虑活载下的合理成桥状态。计算结果表明该计算方法确定斜拉桥成桥状态是较为合理的。
2)采用正装迭代法来确定斜拉桥施工初张索力,并使用差值法修正,取得了良好的效果。通过迭代计算,使正装的成桥索力与合理状态索力基本一致。表明这种方法确定斜拉桥施工状态是合理、有效的。
3)斜拉桥合理状态受多种参数影响,本文对影响参数进行了敏感性分析,计算结果表明,梁段重量、几何非线性、混凝土收缩徐变和温度效应对该结构的影响具有特殊性,故应在确定斜拉桥合理状态时考虑上述因素。
4)以平面杆系有限元法为基础,运用影响矩阵法以弯曲应变能最小为目标函数进行索力优化,确定斜拉桥成桥理想状态,用正装法确定斜拉桥施工理想状态。并在上述理论、方法的基础上,用面向对象的编程工具Visual Basic结合Visual Fortran编制了相应的计算分析软件。从而可以更方便、快捷地的确定斜拉桥合理状态。
the structure system of the high and low towers cable-stayed bridge, takes single central cable plane and asymmetrical type, is novelty ,and the strength behavior of two-towers cable-stayed bridge is different from other traditonal two-towers cable-stayed bridges. In order to understand the strength behavior characteristic like this type the rational completion state.At the same time ,compile the cable-stated static program to solve the problem.this paper taking this bridge as background, by using finite element analysis software Midas/Civil to establish dimensional finite element models, analytical calculated the rational completion state.
The main contents and conclusions of this thesis are as follows:
1) The reasonable dead loads state is determined by the minimum bending energy method and cross interaction matrix, then modified the difference using least square method. This paper applied to determine the state under live loads.It indicates that determine the reasonable design state of cable-stayed bridge comprehensive consideration these theoretics is an ideal method.
2) The initial cable forces are gained by the forward iteration method, then modified the difference using the difference method. The finished cable forces are consistent to that of the target state basically. Get through a few of iteration, this indicated determinate the construct state of bridge by it are reasonable and effective.
3) The rational completion state of cable-stayed bridge is a process influencing by several parameter. For the sake of finding the main aspect ,this paper analysis the sensitivity of some parameters, the result indicates the beam weight, geometric non-linearity,the shrinkage and crape of concrete and temperatureare prominence, so these parameter must be considered during the rational completion state .
4) Based on plane bar finite element, Ideal completed structure is deterinined by erect matrix method with choosing the strain energy of the structural system as optimum aim. Ideal state of construction is determined by forward-running analysis. Based on these theories and methods, construction control of cable-stayed Analysis System is developed by using object oriented programming tools, Visual Basic and Visual Fortran as tool. This program make the reasonable state of cable-stayed bridge become more convenience at any time.
引文
[1]范立础·桥梁工程(上册).北京:人民交通出版社.2001
[2]顾安邦.桥梁工程(下册)(土木工程专业用).北京:人民交通出版社.2001
[3]项海帆.高等桥梁结构理论.北京:人民交通出版社.2001
[4]林元培.斜拉桥.北京:人民交通出版社.1994
[5]王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验(上册)(索桥类).北京:人民交通出版社.2003
[6]王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验(下册)(索桥类).北京:人民交通出版社.2003
[7]斜拉桥.刘士林. 北京:人民交通出版社.2002
[8]陈明宪.斜拉桥建造技术.北京:人民交通出版社.2003
[9]刘士林.斜拉桥.北京:人民交通出版社.2002
[10](葡)A.J.Reis,J.O.Pedro.楼庄鸿译.不对称和弯斜拉桥.预应力技术.2004.2
[11]葛耀君.分段施工桥梁分析与控制.北京: 人民交通出版社.2003
[12]钟万舰,刘元芳,纪峥.斜拉桥施工中的张拉控制和索力调整.土木工程报.1992.
[13]范立础.桥梁工程. 北京:人民交通出版社.1990
[14]张坚.斜拉桥恒载下自动调索计算方法.天津永和大桥学术研讨会论文集.1988
[15]宁平华等.广州鹤洞大桥斜拉桥合理索力设计.中国土木工程学会桥梁及结构工程学会论文集.1996
[16]王伯惠等.斜拉桥恒载索力调整的一个方法.东北公路.1981
[17]王伯惠等.大跨径斜张桥平面静力电算.辽宁省交通科学研究所报告第 80107 号.1980
[18]J.F Fleming.Nonlinear Static of Cable-stayed Bridge.Computer&Structures.1979
[20]陆楸、徐有光.斜拉桥最优索力的探讨.桥梁建设.19891
[21]辛学忠等.斜拉桥结构优化设计研究.1994 年斜拉桥国际学术讨论会论文集.上海.1994
[22]王勋文,辛学忠等.确定 PC 斜拉桥合理恒载索力方法的探讨.桥梁建设.1996
[23]余顺新.预应力混凝土斜拉桥的破坏荷载和非线性分析.国外桥梁.1992
[24]肖汝诚,项海帆.斜拉桥索力优化及其工程应用.计算力学学报.1998
[25]中华人民共和国交通部.JTJ 027-96.公路斜拉桥设计规范(试行).北京:人民交通出 社.1997
[26]华孝良,徐光辉主编.桥梁结构非线性分析.北京:人民交通出版社.1997.6
[27]丁皓江等著.有限元在弹性和塑性力学中的应用.北京:机械工业出版社.修订版
[28]王勖成,邵敏编著.有限单元法基本原理和数值方法.北京:清华人学出版社.1995.7
[29]David P.Billington,AlyNazmy. History and Aesthetics of Cable-stayed Bridges.Journal of Structural Engineering .October,1990
[30]P.H.Wang.lnitial shape of cable-stayed bridges.compute. Struck.vol46,1993
[31]惠荣炎,黄国兴,易冰岩.混凝土的徐变.北京:中国铁道出版社.1988
[32]秦顺全,林国雄.斜拉桥安装计算-倒拆法与无应力状态控制法评述.中国土木工程学会桥梁及结构工程学会第九届年会论文集.上海:同济大学出版社.1992
[33]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计.北京:人民交通出版社.2000
[34]杨炳成,孙明.斜拉桥索力的非线性优化倒拆分析.中国公路学报.1998
[35]钟万勰,刘元芳.斜拉桥施工中的张拉控制和索力调整.土木工程学报.1992
[36]颜东煌,刘光栋.确定斜拉桥合理施工状态的正装迭代法.中国公路学报.1999
[37]徐君兰.大跨度桥梁施工控制.北京:人民交通出版社.2000
[38]向中富.桥梁施工控制技术.北京:人民交通出版社.2001
[39]卫星,强士中.利用 ANSYS 实现斜拉桥非线性分析.四川建筑科学研究.2003.12
[40]刘作霖,徐兴玉等.预应力 T 型钢构式桥.北京:人民交通出版社.1982
[41]吕西林,金国芳,吴晓涵.钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用.同济大学出版社.1997
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[43]颜东煌,文钰,刘光栋等.斜拉桥的施工最优控制.国外公路. 1996
[44]施笃铮.预应力混凝上斜拉桥施工控制研究.[博士学位论文].杭州:浙江大学.2002
[45]朱朝银.高低塔单索面斜拉桥组合有限元分析研究.[硕士学位论文].成都:西南交通大学.2005
[46]高剑.斜拉桥理想成桥状态与合理施工状态研究.[硕士学位论文].西安:长安大学.2003
[47]张宝魁.云阳长江公路大桥施工控制仿真.[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学.2005
[48]孙杰.斜拉桥成桥合理索力确定的综合方法.[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学.2004
[49]张细芬.大跨径斜拉桥施工控制与仿真分析.[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学.2005
[50]赵文武.大跨径预应力混凝土斜拉桥施工控制分析.[硕士学位论文].北京:清华大学.2004
[51]李平利.大跨度斜拉桥施工阶段几何非线性静力分析.[硕士学位论文].成都:西南交通大学.2004
[52]吴东升.大跨独塔斜拉桥计算分析研究.[硕士学位论文].成都:西南交通大学.2005
[53]郑志均.预应力砼斜拉桥工程控制与成桥空间受力性能分析.[硕士学位论文].杭州:浙江大学.2003
[54]杨俊.综合弯曲能量法和应力平衡法确定斜拉桥合理成桥状态.[硕士学位论文].武汉:武汉理工大学.2005
[55]中华人民共和国交通部.JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.2004
[56]中华人民共和国交通部.JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范.2004
[57]MIDAS IT(Beijing) Corporation.MIDAS/CIVIL Analysis for Civil Structures(联机手册).2004.
[58]桥梁博士 3.03.(上海) 同豪公司.(使用手册).2005
[59]Man-Chung Tang Design of Cable-Stayed Girdge Bridges.Journal of Sturctural Division.AS-CE May.1971.
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