資源描述：
《大跨度公鐵兩用斜拉橋非線性靜動力特性分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、大跨度公鐵兩用斜拉橋非線性靜動力特性分析1緒論1.1斜拉橋的歷史與發(fā)展現(xiàn)代斜拉橋是由斜拉索、加勁梁和索塔構(gòu)成的組合體系結(jié)構(gòu)，是一種以加勁梁受壓或受彎，支承體系以斜拉索受拉、索塔受壓為主的橋梁。斜拉橋具有造型美觀、跨越能力強、跨徑布置靈活和施工干擾少等特點，并具有良好的力學(xué)性能及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，使其成為現(xiàn)代橋梁工程中發(fā)展最快、最具競爭力的橋型之一[1][2]。斜拉橋最早的維形出現(xiàn)在東南亞地區(qū)。這里河網(wǎng)密布、藤竹遍生，當(dāng)?shù)厝司偷厝〔?，利用藤條和竹竿修建了原始的斜拉橋：老捉的原始藤橋和印度尼西亞爪哇的竹索橋。歐洲最
2、早見于記載的斜拉橋是1617年由意大利威尼斯工程Verantius建造的一座有幾根斜拉鐵鏈的橋，它是一種用斜拉鐵鏈支承木制橋面的橋梁體系。世界上第一座真正意義上的斜拉橋是于1784年在德國費里堡建成的一座跨徑為32m的木橋，該橋采用木拉桿作為橋梁的支撐體系。這個時期的斜拉橋多釆用木料、鐵鏈等作為斜拉索。這些材料強度低，且不能拉緊而處于松弛狀態(tài)。只有在橋面發(fā)生較大變形時，斜拉索才能承受預(yù)期的拉力，這為斜拉橋的破壞埋下了隱患，1818年英國T的人行斜拉橋在風(fēng)振作用下，由于節(jié)點處的鏈桿折斷而發(fā)生了坊塌。同期，
3、1825年德國Saale河橋在一次火炬游行過程中發(fā)生倒塌，造成多人喪生。該橋釆用木質(zhì)橋面，用鍛鐵拉桿作為支撐。這兩座斜拉橋的倒塌對斜拉橋的發(fā)展產(chǎn)生了巨大影響。法國著名的數(shù)學(xué)家、工程師Navier通過分析計算得出：現(xiàn)有材料和技術(shù)滿足不了斜拉橋的力學(xué)性能的要求。在美學(xué)觀念上，Navier也推崇懸索橋體系。這些觀點對當(dāng)時工程師的影響很大，直到現(xiàn)代斜拉橋的誕生的一百多年中，斜拉橋的發(fā)展十分緩慢。..1.2大跨度公鐵兩用斜拉橋的發(fā)展鐵路斜拉橋的發(fā)展較公路斜拉橋要慢一些。隨著鐵路現(xiàn)代化的建設(shè)，尤其是高速鐵路的快速發(fā)
4、展，跨越大江大河的線路工程不斷增加，采用大跨度橋梁的工程逐漸增多。相對懸索橋，斜拉橋具有結(jié)構(gòu)剛度大、抗風(fēng)性能好、造價相對較低的優(yōu)點，是大跨度鐵路橋梁的主要推薦方案。對于鐵路工程來說，鐵路活載較大，對于行車安全性和平穩(wěn)性有更高的要求，因此鐵路斜拉橋要有較高的整體結(jié)構(gòu)剛度[7?9]。斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系布置和斜拉索、主梁、橋塔三者的剛度都會對結(jié)構(gòu)的整體剛度產(chǎn)生影響。其中結(jié)構(gòu)體系布置是首要的，其次才是索梁塔。在索梁塔三者之中，提高斜拉索的剛度對于提高結(jié)構(gòu)整體剛度更加直接有效在工程實踐中，斜拉索剛度的提高主要是通過
5、在斜拉索中施加足夠的初拉力來實現(xiàn)的。己建成的大跨度的鐵路斜拉橋有很大部分都是公鐵兩用斜拉橋，主要是當(dāng)需要同時滿足鐵路和公路線路跨越障礙時，釆用公鐵合建的方案更加經(jīng)濟(jì)。目前世界上己經(jīng)建成或在建的公鐵（軌）兩用斜拉橋見表1-1。.2斜拉橋靜動力特性分析理論2.1斜拉橋分析理論早期對斜拉橋進(jìn)行靜力分析通常采用彈性理論和燒度理論，這是兩種經(jīng)典的平面分析理論。彈性理論的基本假設(shè)：假定物體是均勾、連續(xù)、各向同性的理想彈性體；而且假設(shè)物體的位移和形變很小，即小變形假設(shè)。彈性理論將結(jié)構(gòu)視為線彈性結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，疊加原理及
6、影響線加載均適用，但沒有考慮恒載對結(jié)構(gòu)豎向剛度的貢獻(xiàn)，也考慮結(jié)構(gòu)的變形對內(nèi)力的影響，計算所得的彎矩和剪力值偏高，因此計算結(jié)果偏安全但不經(jīng)濟(jì)。對于小跨徑橋梁而言，由于其結(jié)構(gòu)剛度相對較大，變形比較小，一般能夠滿足小變形的假定，用經(jīng)典的彈性分析理論對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時，分析結(jié)果己經(jīng)有較高的精確。但對于大跨度斜拉橋，彈性理論己不適用，分析結(jié)果與實際的偏差較大。與彈性理論相比，燒度理論是更為精確的理論，它考慮了結(jié)構(gòu)變形后的構(gòu)形。因此用燒度理論設(shè)計出的橋梁，結(jié)構(gòu)外形更加纖細(xì)，也更經(jīng)濟(jì)。相對彈性理論，燒度理論取得了很大的
7、進(jìn)步，但是由于結(jié)構(gòu)力學(xué)理論和計算方法的局限性，撓度理論仍然只是一種近似的計算理論。目前結(jié)構(gòu)分析最有效的方法是有限元法。在斜拉橋成橋狀態(tài)和施工狀態(tài)的分析計算中，一般釆用結(jié)構(gòu)有限元法，將斜拉橋簡化成空間桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算分析，如圖2-1所示：2.2結(jié)構(gòu)分析中的有限元法方法有限元的理論基礎(chǔ)是變分原理和加權(quán)余量法，其基本的求解思想是把計算域劃分為組有限個且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的元素，即單元的組合體。在每個單元里，選擇一些合適的節(jié)點作為求解方程中的變量改寫成由各變量或其導(dǎo)數(shù)的節(jié)點值與所選用的插值函數(shù)組成的線性表
8、達(dá)式，借助變分原理活加權(quán)余量法，將微分方程離散求解。板單元由同一平面上的3到4個節(jié)點構(gòu)成，在工程中可以利用它來解決平面張拉，平面壓縮，平面剪切及平板沿厚度方向的彎曲、剪切等結(jié)構(gòu)問題。有限元軟件所采用的板單元，根據(jù)平面外剛度不同可以把單元劃分為薄板單元和厚板單元兩種。其中，根據(jù)KirchhoffPlateTheory開發(fā)了薄板單元，根據(jù)Mindlin-ReissnerPlateTheory開發(fā)了厚板單元。薄板單?；蚝癜鍐呜６伎紤]了板單元的局部
