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综合弯曲能量法和应力平衡法确定斜拉桥合理成桥状态

杨俊  
【摘要】:斜拉桥合理成桥状态的确定是斜拉桥设计中的关键问题,围绕这一课题,国内外许多研究者发表了不少论文。本文在分析总结前人研究成果的基础上,提出了采用综合最小弯曲能量法和应力平衡法来确定斜拉桥的合理成桥状态,并通过大型通用有限元计算程序ANSYS来实现这一过程。 最小弯曲能量法以结构的弯曲应变能为目标函数,通过求出最小弯曲能量来求得合理索力。运用该方法得到的索力比较均匀,但在求解过程中,人为增大了塔、梁、索的截面积,无法计入预应力的影响,而且忽略了拉索引起的势能,得出的索力在尾索区存在着不合理值。使用该方法只能确定由恒载引起的索力,无法计入活载的影响。应力平衡法以主梁弯矩合理为目标,通过主梁上下缘应力平衡来求得拉索索力。使用该方法,能同时考虑恒载和活载的影响,但同样存在着尾部密索区,某些索力不合理的现象。本文提出的综合方法,以最小弯曲能量法确定的状态为初始状态,它是进行调索的基础,然后根据主梁弯矩合理来进行调索,进而得出合理索力。该方法能充分利用两种方法的优势所在,起到优势互补的作用,得到的索力也比分别使用两种方法更合理。 目前,在进行斜拉桥合理成桥状态设计时,通常都是采用专用桥梁设计程序。本文以大型通用有限元计算程序ANSYS为操作平台,通过建立模型,分别采用最小弯曲能量法、应力平衡法、综合最小弯曲能量法和应力平衡法三种方法,对某桥的合理成桥状态进行了计算,比较了计算结果。分析表明,使用综合法确定斜拉桥的合理成桥状态,同时考虑到了索、梁、塔的受力,所确定的索力状态要优于单一使用某一种方法。大型通用有限元计算程序ANSYS,因其功能强大,操作简单,可开发性强,故能够在确定斜拉桥合理成桥状态时采用,如果进行合理的二次开发,其计算精度是相当可信的。本文首次采用ANSYS程序,对斜拉桥合理成桥状态的三种方法进行了计算,并对所得计算结果进行了比较,证明了综合法的优越性所在。


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