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矮塔斜拉桥墩顶水平力计算及宽幅箱梁空间效应研究

黎璟  
【摘要】:矮塔斜拉桥是20世纪慢慢发展成的一种新型桥梁结构,是介于连续梁桥和柔性斜拉桥之间的一种刚柔相济的桥型。在矮塔斜拉桥具体设计时,下部结构尤以墩台水平力的计算文献较少。本文以某矮塔斜拉桥为研究对象,通过参考文献集成刚度法手算和建立全桥上下部有限元整体模型模拟水平力计算的两种方法进行对比,验证了有限元整体模型计算水平力的可行性和准确性,为设计计算墩台水平力提出了一种新思路和新方法。在此基础上,通过理论推导和工程具体计算探讨了考虑墩顶弹性约束作用对于水平力分配的影响。另外城市桥梁桥面一般较宽,宽幅箱梁矮塔斜拉桥得到很大的应用发展。宽幅箱梁具有横向翼缘宽,箱壁薄等特点,宽幅箱梁尤以单索面矮塔斜拉桥的空间应力分布不均匀为甚。而零号块因其特殊的边界条件,复杂的构造,以及通过其预应力钢束众多,使得零号块的空间三向应力非常复杂。因此,对桥梁先进行全桥静力分析,并对主梁零号块进行不同施工阶段下的局部应力分析,以验证本文研究依托工程设计的可靠性或弥补其不足,其结果可为同类桥梁的设计提供工程参考价值。通过空间应力分析可以发现,零号块的纵横向应力具有明显的不均匀性。为量化横向应力分布的不均匀程度,本文提出了不均匀系数的概念;通过查阅文献选取影响箱形截面应力分布不均匀的影响参数,进行均匀设计并建立Kriging代理模型,验证Kriging代理模型的精度。在此基础上,用带精英策略的非支配排序的遗传算法(NSGA-II)在设计域上求解截面多目标优化问题,迭代求解得到Pareto最优解,然后对最优解集进行试验挑选出折中解。提取优化主梁特定截面纵横向应力值,计算截面特定位置剪力滞系数?_e和不均匀系数_η?。从结果可以看出,优化后箱梁的纵横向应力分布呈扁平状变化,剪力滞系数?_e和不均匀系数_η?都有所减小,纵横向应力分布更为均匀,能够达到截面优化的目的。


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