雙塔斜拉橋主體結構力學研究.pdf

1、計算機輔助工程(CAE)是一種迅速發(fā)展的信息技術，是實現(xiàn)重人工程和工業(yè)產品的計算分析、模擬仿真與優(yōu)化設計的工程軟件，是支持T程科學家進行創(chuàng)新研究和工程師進行創(chuàng)新設計的、最重要的工具和手段。利用CAE分析，可對所設計的產品進行各種靜態(tài)，模態(tài)，瞬態(tài)等分析。在虛擬環(huán)境下，預測產品的性能，獲得產品的最優(yōu)化化設計方案。 蘇通人橋位丁長江南通河段，是近期規(guī)劃建設的長江最下游橋梁。主要由北岸接線工程、跨江人橋工程和南岸接線工程三部分組成。建成

2、后的蘇通人橋將創(chuàng)造四個世界之最：最大主跨，最深基礎，最高塔橋，最長拉索。建成后的蘇通人橋將成為世界建橋史上的一座里程碑。對于這樣規(guī)模的千米級跨度的雙塔斜拉橋，其設計和施工技術的可行性迫切需要通過相關關鍵技術的研究予以驗證。本課題即是在這種研究背景_卜，運用所學的CAE中的有限元理論與軟件程序米對蘇通人橋的主橋結構進行了靜力和動力分析，作為其中的關鍵技術的一部分，研究的內容具有非常重要的現(xiàn)實意義。 蘇通大橋的主橋采用的是雙塔斜拉索

3、方案，斜拉索橋是復雜的空間超靜定結構，具有空間靜力的特性，理論上應采用空間結構來分析。本課題用目前國內常規(guī)的由平面模型得到內力與變形再乘荷載橫向分布系數(shù)的模式米考慮結構的空間效應。斜拉橋的三維空間有限元模型一般分為兩種，一種為空間桿系模型，一種為空間板、殼、梁、塊體模型。后者更接近實際，但計算工作量巨火。在斜拉橋的結構動力分析中，振型是空間分布的，必須使用二維空間有限元方法。 運用有限元分析，第一項任務是計算了蘇通大橋主橋上部結

4、構的靜力分布，通過建立靜力分析力學模型，采用空間桿單元劃分斜拉索，空間梁單元劃分索塔，空間板單元劃分主梁，計算出斜拉索、索塔和主梁的內力，然后根據(jù)主梁內力，建立扁平流線形鋼箱梁的三維有限元模型，計算主梁的應力和變形；本課題的第二項任務為計算蘇通大橋結構動力分析，主要是振動的基頻和振型分析，包括對稱側彎、縱飄、一階對稱豎彎、一階反對稱豎彎、塔、梁側彎耦合等，為蘇通大橋抗震和抗風研究提供依據(jù)。具體完成了如下幾項工作： 1．蘇通大橋上

5、部主橋靜力分析的幾何和力學建模； 2．蘇通大橋結構動力分析的幾何和力學建模； 3．斜拉索、索塔和主梁的內力分布情況； 4．主梁的應力和變形分布； 5．蘇通人橋的基頻； 6．蘇通人橋的基本振型。 論文的創(chuàng)造性成果如下： 1．結構靜力分析結論：通過分析簡化、建立計算模型、離散加載、計算分析得出了土橋在白重+恒載、白重+恒載+汽一超20級兩種載荷組合時的變形、位移和應力分布情況。計算結果

6、顯示，最人應力和位移都山現(xiàn)在主梁的跨中部位，土梁及索塔的應力較小，滿足構件的強度要求；在車輛活載作用下主梁及索塔的何移和撓度滿足《公路橋涵通用規(guī)范》(JTJ021—89)及其他相關規(guī)范的要求。但也發(fā)現(xiàn)在兩塔塔分離處，由丁應力集中的影響出現(xiàn)最人應力，在工程中可以通過過渡圓弧減小應力集中的程度，也可通過配筋凋整混凝十的受力狀態(tài)，改變應力分布，不會影響使用安全。 2．結構動力分析結論：人跨度的斜拉橋，確保其抗震安全性非常重要。而橋梁結

7、構的抗震性能主要取決于其結構體系，通過對塔梁的連接條件，過渡墩與輔助墩形式這兩種結構體系建立的三維有限元計算模型，計算分析比較顯示：塔、梁連接條件對地震反應的影響相當大。斜拉橋采用半飄浮體系時，梁端和塔頂?shù)奈灰坪艽?；雙塔與梁主從時，塔柱的彎矩、特別是剪力又較大；僅左塔與梁主從時，兩塔內力反應很懸殊，對整體抗震不利。從抗震的角度看，這三種體系的整體抗震性能都不理想；如果雙塔與梁均采用彈性迮接，則橋梁結構整體抗震性能將會改進；當輔助墩和錨固