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顶推独塔钢箱梁斜拉桥的索力优化

作　者: 许玉华
导　师: 张谢东
学　校: 武汉理工大学
专　业: 公路桥梁与渡河工程
关键词: 斜拉桥钢箱梁索力优化剪力滞顶推施工目标函数优化模型
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 68次
引　用: 1次
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内容摘要

随着国民经济的快速发展和交通量的日益增长,我国大跨度桥梁的修建规模越来越大,体系也越来越柔,斜拉桥和悬索桥都是大跨度的索成桥。斜拉桥是大跨径桥梁中最具竞争力的桥型,根据结构各部分采用的形式和材料的多样性,斜拉桥的施工方法也不尽相同。钢箱梁因其重量轻,良好的整体性能而被广泛应用于大跨径桥梁中,钢箱梁由于其显著的剪力滞效应,在施工和营运过程中其受力逐渐引起工程界的广泛关注。斜拉桥合理成桥状态的确定是衡量斜拉桥设计好坏的重要标准之一。目前国内外许多学者相继提出了合理成桥状态确定的多种方法,各有优劣,往往单一的方法很难兼顾桥梁各构件的受力最优。本文在国内外相应研究的基础上,以青银高速济南黄河大桥为工程背景,对大跨径独塔钢箱梁斜拉桥的剪力滞后效应及合理成桥状态进行分析,主要包括以下几个方面的内容:首先,简单总结了斜拉桥顶推施工的特点及适用范围,在基于导—主梁模型所确定最不利工况的基础上,采用混合单元法建立最不利工况的有限元模型,将数值模型、实测结果进行比较,确定该方法是否可行。其次,在斜拉桥各种设计理论的基础上,分析了目前各种索力优化方法的优劣,在综合法的基础上提出了一种更适合于钢箱梁斜拉桥的索力优化方法。首先采用最小弯曲能量法初定成桥状态,然后采用应力平衡法确定主梁的弯矩可行域,以此作为进一步有约束优化的约束条件。再次,在有约束优化方法的基础上,采用惩罚函数将有约束优化问题转化为无约束优化问题,通过ANSYS中的APDL语言使优化得以实现。针对钢主梁斜拉桥,采用有别于混凝土主梁以拉压和弯曲应变能为目标函数的优化方法,而以钢主梁线形平顺、塔的偏位较小为目标函数进行索力优化,得到成桥状态线形平顺,塔的偏位较小,且混凝土塔和钢主梁受力合理。最后,对本文的研究工作进行了总结,给出了研究中的一些结论,并指出了在进一步研究中有待解决的问题。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 斜拉桥概述  9-14
    1.1.1 斜拉桥的发展历史  9-12
    1.1.2 斜拉桥的受力特点  12-13
    1.1.3 斜拉桥的发展趋势  13-14
  1.2 顶推施工在各种桥型中的应用  14-15
    1.2.1 顶推施工的优点  14-15
    1.2.2 顶推施工存在的问题  15
  1.3 国内外研究现状  15-16
    1.3.1 顶推施工研究现状  15
    1.3.2 索力优化研究现状  15-16
  1.4 工程背景  16-20
    1.4.1 主要技术指标  16-17
    1.4.2 本桥主要构造  17-20
  1.5 本文主要研究内容  20-21
第2章顶推过程主梁整体受力分析  21-32
  2.1 顶推施工工艺  21-22
    2.1.1 顶推施工的原理  21-22
    2.1.2 顶推施工工艺流程  22
  2.2 导-主梁模型确定最不利工况  22-25
    2.2.1 导—主梁相互作用简化分析模型  23-24
    2.2.2 顶推施工概况  24-25
  2.3 顶推过程中钢箱梁整体受力分析  25-31
    2.3.1 混合单元法基本理论  26-28
    2.3.2 有限元模型  28-29
    2.3.3 应变观测  29
    2.3.4 结果分析  29-31
  2.4 本章小结  31-32
第3章合理成桥状态的确定  32-50
  3.1 合理成桥状态的确定原则  32-33
  3.2 确定合理恒载索力常用方法  33-35
    3.2.1 指定受力状态法  33-34
    3.2.2 优化法  34-35
    3.2.3 影响矩阵法  35
  3.3 合理成桥状态的影响因素  35-38
    3.3.1 斜拉索的垂度效应  35-36
    3.3.2 梁柱效应  36
    3.3.3 大位移效应  36
    3.3.4 混凝土收缩徐变及温度的影响  36-37
    3.3.5 ANSYS中几何非线性的处理  37-38
  3.4 济南黄河三桥初定成桥状态  38-49
    3.4.1 有限元模型的建立  38-42
    3.4.2 综合法初定成桥状态  42-49
  3.4 本章小结  49-50
第4章有约束优化方法确定合理成桥状态  50-68
  4.1 最优化算法理论  50-51
    4.1.1 SUMT法理论基础  50-51
    4.1.2 无约束优化问题求解  51
  4.2 最优化算法在有限元程序ANSYS中的实现  51-53
    4.2.1 ANSYS中的优化方法  51-52
    4.2.2 ANSYS中的优化模块  52-53
  4.3 济南黄河三桥优化模型的建立  53-65
    4.3.1 不同优化模型的建立  53-56
    4.3.2 优化模型在ANSYS中的实现  56-59
    4.3.3 结果分析  59-65
  4.4 成桥状态检验  65-67
  4.5 本章小结  67-68
第5章结论与展望  68-70
  5.1 结论  68
  5.2 展望  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
攻读硕士学位期间发表论文  74
攻读硕士学位期间参加的项目  74

顶推独塔钢箱梁斜拉桥的索力优化

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