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大跨度悬索桥动力特性计算及参数分析

作　者: 吴坤平
导　师: 肖勇刚
学　校: 长沙理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 悬索桥 动力特性 ANSYS分析 参数分析 主缆线形
分类号: U448.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 301次
引　用: 7次
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内容摘要


大跨度悬索桥是一类柔度大,非线性因素影响很强的含缆索体系的桥梁结构。其对地震荷载、风荷载、车辆移动荷载等动力激励具有较高的敏感度。因此,悬索桥的动力性能是其结构设计的关键控制步骤之一。对于这类桥梁进行动力特性分析,首先要确定其静力平衡位置和内力状态,然后再进行动力分析,这与其他体系的桥梁有很大的不同。本文以武汉阳逻长江大桥为计算背景,围绕大跨度悬索桥动力特性的分析,在现有研究的基础上,开展了一些有意义的研究。以分段悬链线理论为基础,建立了悬索桥成桥主缆线形计算的迭代格式,并进行了鞍座处线形修正分析,最后编制程序实现了解析法悬索桥成桥主缆线形的计算。通过调整主缆、吊杆和主塔初应变的方法,提出了基于ANSYS分析的成桥状态初始构形的确定方法。随后,建立了悬索桥动力特性分析的空间模型,分为考虑桩-土相互影响和不考虑桩基两种情况对悬索桥进行了动力特性的计算,并对两种模型的动力特性进行了比较分析。变化悬索桥的部分构造参数和材料参数,如结构刚度、加劲梁恒载自重,矢跨比等参数,进行了悬索桥结构的动力特性参数分析。得出了结构动力特性随各参数变化的规律。利用倒拆法,得到了由成桥状态确定空缆架设参数的方法;结合工程实际,利用ANSYS软件对悬索桥施工过程进行了模拟,先由平面模型分析得到了得到各施工阶段平面内竖向—纵向的振型。随后根据各施工阶段分析得到的线形和内力,建立了相应施工阶段的空间模型,对进行了动力特性的分析。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 悬索桥的发展概述  9-10
  1.2 悬索桥结构动力特性分析的意义  10-11
  1.3 悬索桥计算分析理论  11
  1.4 悬索桥动力特性研究现状  11-16
  1.5 本文主要工作  16-17
第二章 解析法悬索桥成桥主缆线形计算  17-37
  2.1 主缆线形计算理论  17-22
    2.1.1 传统抛物线法  17-18
    2.1.2 抛物线与悬链线组合曲线法  18-19
    2.1.3 悬索分段计算方法  19-22
  2.2 基于分段悬链线法的成桥计算方法  22-29
    2.2.1 迭代计算方法  23
    2.2.2 迭代值增量的确定  23-24
    2.2.3 索鞍主缆线形修正  24-28
    2.2.4 吊索力的计算方法  28-29
  2.3 算例分析  29-36
    2.3.1 程序验证  29-32
    2.3.2 武汉阳逻长江大桥成桥线形计算  32-36
  2.4 本章小结  36-37
第三章 悬索桥动力特性分析  37-63
  3.1 成桥初始构形的确定  37-40
  3.2 空间动力模型的建立  40-45
    3.2.1 桥面系的模拟  40-41
    3.2.2 缆索系统的模拟  41
    3.2.3 主塔的模拟  41
    3.2.4 桩-土计算模型  41-43
    3.2.5 边界连接条件的处理  43
    3.2.6 单元类型的选取及单元简介  43-45
  3.3 基于ANSYS 的大跨度悬索桥动力分析过程  45-48
    3.3.1 动力分析的有限元理论  45-46
    3.3.2 ANSYS 动力特性计算方法  46-48
  3.4 计算结果分析  48-55
    3.4.1 计算参数资料和ANSYS 空间模型  48-50
    3.4.2 成桥初始构形调试结果分析  50-51
    3.4.3 空间动力特性结果分析  51-55
  3.5 动力参数分析  55-62
    3.5.1 桥面系刚度  56-58
    3.5.2 主塔刚度  58-59
    3.5.3 桥面系的恒载  59-60
    3.5.4 主跨矢跨比  60-61
    3.5.5 中央扣的影响  61-62
  3.6 本章小结  62-63
第四章 大跨度悬索桥施工过程动力特性分析  63-78
  4.1 悬索桥非线性计算分析  64-68
    4.1.1 悬索桥大位移非线性理论简介  64-65
    4.1.2 几何非线性平衡方程的求解计算方法和收敛准则  65-66
    4.1.3 悬索桥非线性因素分析及ANSYS 分析的实现  66-68
  4.2 基于ANSYS 分析的悬索桥施工过程模拟  68-73
    4.2.1 鞍座的模拟  68
    4.2.2 平面计算模型的建立  68-69
    4.2.3 空缆线形和初始架设参数的确定  69
    4.2.4 施工阶段加劲梁的模拟  69-70
    4.2.5 单元生死及在悬索桥施工过程中的运用  70-72
    4.2.6 施工过程中的动力特性的计算  72-73
  4.3 计算结果分析  73-77
    4.3.1 空缆线形和架设参数计算结果  73-74
    4.3.2 施工过程动力特性分析  74-77
  4.4 本章小结  77-78
结论与展望  78-80
  一.本文的主要工作及研究成果  78-79
  二.今后应进一步的工作  79-80
参考文献  80-83
致谢  83-84
附录 A  84

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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 > 悬索桥
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