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1、大跨徑斜拉橋結構穩(wěn)定性分析-->第一章緒論1.1研究目的與意義隨著改革開放新階段的到來，我國經濟再次邁向高速發(fā)展的新階段。全國幾大高速干線建設也在快速推進，國內高速路網也已經基本成型。跨越大江大河，跨海和跨大峽谷的特大型公路橋梁項目也如雨后春筍般分分上馬。隨著現(xiàn)代材料水平和施工工藝、工法的改進，橋梁的跨徑和施工速度都有了飛躍式的提升，500米、千米級的特大型公路橋梁也屢見不鮮[1]。現(xiàn)代計算機技術的發(fā)展，對于結構電算水平的提升也是飛躍式的，原本采用傳統(tǒng)解析法很難解決的工程問題如：混凝土水化熱分析、收縮
2、徐變效應分析、鋼箱梁局部屈曲問題和斜拉、懸索特大橋的抗風穩(wěn)定和動力性能研究等等都能夠通過大型計算機進行相對較為精確的數值模擬分析得出結論。所以伴隨著計算機運算能力的提升，大量工程人員和學者都開始探索和研究一些原本讓人困惑的工程難題。在連續(xù)剛構橋、箱型拱橋、斜拉橋和懸索橋這幾種常見大跨徑橋型中斜拉橋在主跨500米到1000米范圍內經濟技術指標較為理想，且施工工藝相對較為成熟，具備競爭力，所以在該跨徑的公路橋梁中斜拉橋是一種較為常見的橋型[2]。在城市跨越大江大河的斜拉橋中由于大型城市人口近年來呈井噴式增
3、長，斜拉橋逐步向超大跨徑，超寬橋面板方向發(fā)展。同時斜拉橋主塔就不可避免的往高聳、薄壁、高強、輕質方向發(fā)展[3]。這樣斜拉橋在跨徑越做越大，線條越來越纖細的同時也就出現(xiàn)了一系列問題。雖然隨著高強混凝土和高強鋼材的不斷創(chuàng)新，橋梁結構為了加大跨徑和運營階段的負載能力同時兼顧外形美觀的設計要求能夠不斷的通過縮小主梁和主塔截面幾何尺寸來實現(xiàn)，同時結構的強度驗算也能夠滿足[4]，但隨之而來的穩(wěn)定問題就顯得十分突出。我國招寶山大橋就是個很好的例子，該橋在設計階段注重常規(guī)的靜力驗算，而忽略了箱梁的局部失穩(wěn)分析導致施工
4、中由于局部梁段壓饋屈曲，發(fā)生嚴重的垮塌工程事故[5]。雖然截止目前尚無可查的斜拉橋整體性失穩(wěn)事故出現(xiàn)，但作為高聳高應力狀態(tài)的混凝土受壓構件斜拉橋混凝土主塔的穩(wěn)定問題應該加以重視，并分析斜拉橋的整體和局部穩(wěn)定性和極限承載能力。在鋼箱梁斜拉橋中，在主塔附近的梁段承受巨大的水平壓力，則其局部失穩(wěn)也十分重要。本文依托某特大公路橋，分析研究了該橋的第一類和第二類穩(wěn)定性，同時對比了幾何非線性對其穩(wěn)定性的影響。為該大橋設計施工提供有力的專項分析依據，也為今后同類型橋梁提供參考借鑒。......1.2國內外研究現(xiàn)狀在
5、結構穩(wěn)定理論領域自從十八世紀中期歐拉提出并論證了理想彈性壓桿屈曲理論，到十九世紀初彈塑性穩(wěn)定理論逐步被認可。現(xiàn)代學者后來提出的側傾穩(wěn)定理論又對結構穩(wěn)定做了另一個方向的補充和完善。在具體的斜拉橋穩(wěn)定分析領域中由最開始的平衡微分方程解法到之后的最小勢能法，再到現(xiàn)在隨著計算機運算能力提升帶來的被廣大工程人員和學者普遍采用的大型空間有限元數值模擬分析計算方法。有限元分析方法首先建立有限元基本平衡方程（或增量平衡方程），由結構基本幾何、材料參數求解結構剛度矩陣和外力列向量，最后求解線性（非線性）方程組求解結構位
6、移向量，進而得到結構中各節(jié)點位移[6]。在斜拉橋非線性分析理論中國內學者劉磊提出了三維連續(xù)體虛功增量方程來分析結構幾何非線性影響，首先建立T+△T時的平衡方程，分別選用了TL矩陣（完全拉格朗日矩陣，始終以0時刻為參考逐次迭代）。選用了UL矩陣（更新的拉格朗日矩陣，每次迭代采用前次迭代的幾何剛度矩陣為參考，逐次更新）[9]。2006年同濟大學肖汝成教授在關于蘇通大橋的穩(wěn)定研究報告中總結歸納了斜拉橋穩(wěn)定分析中常用的分析計算方法和業(yè)界相對認可度較高的斜拉橋穩(wěn)定評價標準[10][11]。本文深入研究了大跨徑雙
7、塔斜拉橋的整體穩(wěn)定問題。結構穩(wěn)定分析基本理論目前相對成熟。雖然在雙重非線性穩(wěn)定問題中關于任意截面材料彈塑性影響這一問題還未能得到很好的解決，大跨徑斜拉橋的穩(wěn)定性評價體系還未完善，但對于大跨徑斜拉橋的第一類穩(wěn)定分析和大變形條件下的幾何非線性穩(wěn)定問題，目前的大型有限元分析軟件已經可以解決。本文根據結構穩(wěn)定理論以某長江公路斜拉橋為研究背景，采用橋梁通用有限元軟件MidasCivil對該橋進行了全施工階段模擬，選取典型施工階段進行穩(wěn)定分析，計算得出該橋的第一類穩(wěn)定系數和幾何非線性穩(wěn)定系數，并對該橋的結構穩(wěn)定性
8、進行評價。......第二章斜拉橋穩(wěn)定分析基本理論2.1桿系穩(wěn)定理論的發(fā)展及分類關于結構穩(wěn)定問題方面的研究已經有很久遠的歷史了。距今兩百多年前歐拉就系統(tǒng)的提出、論證了理想壓桿理論，并且還對彈性壓桿屈曲的理論進行了驗證[12]。此后十八世紀八十年代法國數學家亨利龐加萊在流體力學的層流穩(wěn)定問題中又對穩(wěn)定理論作了進一步的闡述，使得穩(wěn)定的概念更加清晰明了[13]。自十九世紀末塑性穩(wěn)定的理論解被認可后，直到二十世紀初力學家布里安完成了對簡支矩形板單向均勻受壓的分析
