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超大跨CFRP拉索斜拉桥力学性能分析

作　者: 吴振
导　师: 梅葵花
学　校: 长安大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 碳纤维增强聚合物(CFRP) 斜拉桥 拉索 几何非线性 桥梁静力 桥梁动力 参数振动
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着桥梁技术的日益发展,大跨、超大跨桥梁的建设成为了当今桥梁发展的一个趋势。斜拉桥由于其跨越能力大的优点,越来越来越受到当今桥梁设计者的重视,尤其是新材料在超大跨斜拉桥桥中的应用研究,在国外已经成为一个研究热点。超大跨度斜拉桥结构柔性大,其几何非线性效应更为显著,成桥状态的静、动力特性变得更为复杂,因此,开展有关这一领域的研究十分重要。本文首先系统地叙述了斜拉桥计算的有限位移理论,总结了影响斜拉桥几何非线性的三个因素：垂度效应、轴力与弯矩耦合产生的梁-柱效应以及大位移效应。论述了斜拉桥合理成桥状态的评定原则,简述了斜拉桥索力优化的三类方法。其次,针对大跨径斜拉桥的结构特点,从主梁、主塔、斜拉索和边界条件等方面论述了斜拉桥有限元分析的建模方法：通过midas软件采用有限元法对主跨800m、1500mCFRP拉索和钢拉索斜拉桥进行了静力性能(包括恒荷载、车辆荷载、温度荷载)分析。再次,论述了大跨径斜拉桥三维有限元分析法的基本原理；然后对比分析了主跨800m、1500m CFRP拉索和钢拉索斜拉桥的动自振特性。最后,在综合考虑索一桥塔一桥面耦合的基础上,建立了索一桥塔一桥面耦合参数振动的非线性模型,并采用数值方法分析了初始扰动及阻尼等对拉索参数振动特性的影响。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 斜拉桥综述  10-14
    1.1.1 斜拉桥的历史与发展  10-12
    1.1.2 斜拉桥的构造及受力特点  12-14
    1.1.3 现代斜拉桥的发展趋势与面临的问题  14
  1.2 CFRP材料简介  14-16
    1.2.1 CFRP材料的发展  14-15
    1.2.2 CFRP材料的物理性能  15-16
  1.3 CFRP材料在斜拉桥中的应用及研究现状  16-17
  1.4 论文的选题背景及研究意义  17-18
  1.5 本文主要研究内容  18-19
第二章 斜拉桥结构计算理论及合理成桥状态的确定  19-26
  2.1 概述  19
  2.2 有限位移理论  19-22
    2.2.1 斜拉索垂度效应的影响  19-20
    2.2.2 轴力与弯矩的组合效应  20-21
    2.2.3 大位移效应  21-22
  2.3 合理成桥状态的确定  22-24
    2.3.1 合理成桥状态的评定原则  22-23
    2.3.2 斜拉桥索力调整方法  23-24
  2.4 本章小结  24-26
第三章 CFRP拉索斜拉桥静力性能分析  26-45
  3.1 结构设计参数  26-30
    3.1.1 斜拉桥有限元模型建立的基本原则与方法  27-29
    3.1.2 斜拉桥有限元模型的建立  29-30
  3.2 主跨800米斜拉桥静力性能分析  30-37
    3.2.1 成桥索力  30-32
    3.2.2 恒载作用下静力性能分析  32-34
    3.2.3 汽车荷载作用下静力性能分析  34-35
    3.2.4 温度荷载作用下静力性能分析  35-37
  3.3 主跨1500米斜拉桥静力性能分析  37-43
    3.3.1 成桥索力  37-39
    3.3.2 恒载作用下静力性能分析  39-40
    3.3.3 汽车荷载作用下静力性能分析  40-42
    3.3.4 温度荷载作用下静力性能分析  42-43
  3.4 本章小结  43-45
第四章 CFRP拉索斜拉桥动力性能分析  45-54
  4.1 概述  45
  4.2 主跨800米斜拉桥动力性能分析  45-49
  4.3 主跨1500米斜拉桥动力性能分析  49-52
  4.4 计算结果讨论  52
  4.5 本章小结  52-54
第五章 斜拉桥塔-索-桥耦合非线性参数振动  54-67
  5.1 概述  54-56
    5.1.1 斜拉索非线性振动产生原因  54-56
    5.1.2 斜拉桥拉索参数振动机理  56
  5.2 CFRP拉索参数振动起振条件分析  56-57
  5.3 参数振动方程建立  57-60
    5.3.1 斜拉索振动方程建立  57-59
    5.3.2 桥面质量块振动方程的建立  59-60
    5.3.3 桥塔质量块振动方程的建立  60
  5.4 算例及计算结果分析  60-66
    5.4.1 拉索基本参数  60-61
    5.4.2 参数振动与影响因素分析  61-62
    5.4.3 参数影响分析  62-66
  5.5 本章小结  66-67
结论及展望  67-70
  1、本文主要结论  67-68
  2、存在问题及进一步研究展望  68-70
参考文献  70-72
致谢  72

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 各种桥梁 > 桥梁：按结构分 > 斜拉桥
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