大悬臂脊骨梁斜拉桥施工状态计算和局部应力分析

【摘要】：斜拉桥凭借其优秀的跨越能力和易于结合各种截面形式的主梁等优点在国内外得到快速发展,许多重大工程都采用了这一力学性能优良的桥梁形式。然而,国内对斜拉桥与大悬臂脊骨梁相结合的桥梁结构体系的研究较少。此外,施工控制在桥梁建设过程中发挥着非常重要的作用,是保证斜拉桥建成后达到理想设计状态的关键。本文以孔城河大悬臂脊骨梁斜拉桥为工程背景,基于有限元法,针对斜拉桥悬臂施工受力特点以及锚拉板式索梁锚固结构中的若干问题展开研究,主要工作有以下几个方面:(1)本文研究了考虑结构几何非线性影响的施工影响矩阵计算方法,引入等效刚度法建立了大悬臂脊骨梁斜拉桥杆系有限元简化模型,结合影响矩阵法和正装迭代法求解斜拉桥广义施工张拉索力。(2)对斜拉桥进行了考虑非线性影响的施工过程分析。研究了一种结合杆系模型和精细空间模型的施工过程分析方法,用于解决利用精细空间有限元模型迭代求解施工张拉索力并进行施工过程分析需要耗费大量时间的问题。采用降温法将利用杆系模型求得的广义施工张拉索力引入精细空间有限元模型进行施工过程分析,对斜拉桥重点区域在施工过程中的应力变化进行分析。(3)分析了脊骨梁索梁锚固结构受力性能。分别在斜拉桥成桥状态的主跨和边跨中部对称施加车辆荷载,提取两种工况下主跨和边跨的最大索力。本文按照锚拉板是否延伸至横拉板并将其与锚拉板和横拉板在接触位置焊接,为边跨和主跨各建立了两种索梁锚固节段精细模型。将索力以面荷载形式施加在锚拉板结构的锚垫板上,研究了锚拉板结构和钢主梁的受力特点。(4)对脊骨梁索梁锚固结构关键构件进行了优化。对比分析了延伸锚垫板和未延伸锚垫板的锚拉板结构在最大索力作用下应力状态的差异。通过参数分析研究了锚拉板结构关键构件的Mises应力受锚拉板结构关键构件厚度变化的影响。基于参数分析所得结果,对延伸锚垫板的大悬臂脊骨梁锚固节段模型锚拉板结构进行参数优化,改善了锚拉板结构的力学性能。