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中(下)承式拱桥吊索(杆)系静张力有限元分析

林顺洪  
【摘要】: 有限单元法是在工程领域应用最广泛的数值模拟方法,有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。ANSYS软件是具有广泛适用性的大型有限元分析软件,具有强大的静力和动力计算功能。 钢管混凝土拱桥是我国近年来桥梁建筑发展的新技术,具有自重轻,强度大,抗变形能力强的优点。钢管混凝土结构在桥梁上的应用,同时解决了拱桥高强度材料应用和施工两大难题,因此,钢管混凝土拱桥在我国得到迅速的发展。 作为钢管混凝土拱桥中重要受力构件-吊索(杆),吊索(杆)内力既可以用于吊索(杆)内力设计验算,也可以作为拱肋内力计算时的外荷载。由于各种条件的限制,在通常的设计计算中,利用桥面简支梁模型计算吊索(杆)内力。得到全部吊索(杆)的内力相同。该设计忽略了桥面连续及弹性支承对吊索(杆)内力的影响。本课题根据桥面施工顺序分别建立吊索(杆)内力计算模型,合理的体现了各吊索(杆)的受力情况。第一期恒载,计算模型为简支梁模型;第二期恒载以及活载,计算模型为弹性支承连续梁模型。同时采用不同的控制目标计算吊索(杆)张力。本课题还考虑了由于吊索(杆)长度的调整(实际的吊索(杆)长度比名义长度短)而引入的吊索(杆)系的几何刚度矩阵(初应力刚度矩阵)。并用一阶摄动理论导出了吊索(杆)系静张力的计算方法与步骤。而常规的这类桥梁计算的有限元分析中,并未考虑(引入)吊索(杆)系的几何刚度矩阵。 本课题利用大型的有限元程序—ANSYS,建立弹性支承连续梁有限元模型。对某中承式钢管混凝土劲性骨架拱桥进行了吊索(杆)张力计算,建立了该桥设计之初的完备的健康档案。为下一步对该桥的静力和动力测试结果比较找到了依据。从而,对大桥的维护方案的制定提供了较为详实资料。而且该计算模型可以推广到其它具有弹性支承的结构-诸如斜拉桥等。


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