文档介绍：同济大学
博士学位论文
斜拉桥钢索塔的受力特性与破坏机理的研究
姓名:苏庆田
申请学位级别:博士
专业:结构工程
指导教师:张其林;吴冲
20030801
摘要关键词:斜拉桥,钢索塔,有限元法,稳定,屈曲系数,极限承载力,几何非线性,材钢结构相对于混凝土结构的诸多优点使得钢结构被广泛应用于土木工程的各个领域。在国外已有把钢结构用于斜拉桥索塔中的实例,我国现在刚开始把钢结构用于斜拉桥的索塔中。钢索塔作为一种新型的结构体系,在大跨度桥梁结构中有着广泛的应用前景。钢索塔是由钢板焊接构成的,索塔除了外部塔壁外,其内部还布置横隔板、竖隔板、纵向加劲肋和横向加劲肋。斜拉桥钢索塔除了在竖向承受巨大的轴向压力,在顺桥向和横桥向还要承受很大的弯矩,左右斜拉索的索力不同还使得索塔受扭矩作用。由于钢索塔构造的复杂和受力的复杂,非常有必要研究斜拉桥钢索塔的受力特一肚和破坏机理。本文结合具体的工程,用杆系有限元方法建立三维的斜拉桥全桥模型对索塔进行整体受力计算,得到索塔的内力分布情况。利用全桥空间杆系模型计算了几何非线性对索塔内力结果的影响程度。。引入六自由度壳单元建立索塔的板壳有限元模型,可以分析索塔真实的应力分布,与杆系有限元计算索塔的应力结果对比,发现了杆系有限元方法得到索塔局部位置处内力结果误差较大。由于用壳单元建立整个索塔的复杂性以及消耗大量的计算时间,本文给出了混合有限元方法可以克服杆系有限元方法和板壳有限元方法的不足,计算结果比在假定索塔不先发生局部失稳时,考虑几何非线性和材料非线性的影响,用三维杆系有限元方法计算了索塔的一类稳定的屈曲系数和二类稳定极限承载力系数。通过对索塔二类稳定的计算,分析了适用于索塔的极限承载力判别标准。用空间杆系有限元计算了不同形状的初始变形对索塔稳定的影响,提出了制定钢索塔有关规范对参考初始整体变形值。用六自由度壳单元对索塔节段进行了局部稳定计算,分析了索塔设计的极限承载力依据。在索塔节段的板壳模型中计算了残余应力和初始的局部变形对索塔节段稳定极限承载利用壳单元计算板件的稳定时,可以考虑板件间的嵌固作用和板件问稳定的相关作用。用这种方法分析了索塔内横隔板对塔壁板件的嵌固作用,计算了纵隔板与塔壁板件的相关本文提出的混合有限元方法可以考虑索塔的整体初始变形和板件的局部初始变形,可以计算不同初始变形情况索塔的局部稳定和整体稳定的相关作用,可以用于索塔稳定极限料非线性,初始变形,残余应力。较准确。作用,并计算了纵向加劲肋和横向加劲肋所必需的构造。承载力的计算。力的影响。斜拉桥钢索塔的受力特性与破坏机理的研究【同济大学博上学位论文】
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第一章绪论斜拉桥钢索塔的发展概况所能比㈦,桥粱与人类生活密切相关。没有桥梁,我们的生活空间将受到很大的限制H死辔了扩大自己的活动范围,从远古时期就开始建造各种桥梁,桥梁成为一个时代文明与进步的标志。近代随着钢、水泥、钢筋混凝土以及预应力混凝土等人工材判在桥梁上的应用,以及桥梁计算分析理论的改进和提高,使得今日的桥梁不论是规模还是技术都非占代桥梁最早的斜拉桥是用藤萝或竹材吊住桥面的【J澜缟系谝蛔执沸崩攀在瑞典建成的,主跨乃固芈弈泛O扛中崩拧。之后,斜拉桥得到迅速发展,斜拉桥跨度的记录不断被刷新。目前世界上己建成的最大跨径的刳拉桥是日本多多罗桥,主跨。我国正在建设中的苏通长江公路大桥主跨为凇痎⋯。斜拉桥中的索塔、主梁和斜拉索是斜拉桥的拷峁沟闹饕J芰辜T谛崩诺乃塔中,目前主要是用钢筋混凝土或者钢材这两种材料”’“。钢材与混凝土相比,在相同重量下前者的承载能力远远大于后者,与混凝土桥塔相比,在满足斜拉桥的承载能力的情况下钢索塔可以做得更轻巧,对桥塔基础承载力的要求适当降低。尽管在斜拉桥中索塔的受力总体上是以压力为主,但是在拉索锚固区附近部位的索塔受力相当复杂”’‘“,局部拉应力较大,若采用钢筋混凝土材料时需要在拉索锚固区附近的索塔布置较多的预应力钢筋,预应力钢筋的施工是比较复杂的,特别是当桥塔的高度大于保┕つ讯雀蟆8纸构由于可以在上厂加工生产,到现场进行拼装,施工要比混凝土结构方便快捷。从国内外现有桥梁的检测报告中知道【疎魉捎没炷潦北匦胗酶弑旰诺幕炷粒弑旰诺混凝士中含有众多提高材料强度的添加剂,随着时间的增长,混凝土中不同的化学成分之间发生化学反应,使得混凝土的强度降低,腐蚀损坏程度加重。而钢材化学成分比较稳定,强度变化不明显,只要防护措施得当,钢结构的寿命要比混凝土结构的长【“=鼋龃咏掏本身的造价比较,锅结构的桥塔造价要比混凝土的桥塔造价高的,但是当采用钢结构后桥塔的重量降低使得基础的受力要小很多,另外采用钢结构形式时可以大大