高低塔单索面斜拉桥混凝土箱梁剪力滞效应分析.doc
《高低塔单索面斜拉桥混凝土箱梁剪力滞效应分析.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高低塔单索面斜拉桥混凝土箱梁剪力滞效应分析.doc(90页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、分类号 U448.27 单位代码 10618 密 级 学 号 106270330 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论文题目: 高低塔单索面斜拉桥混凝土箱梁剪力滞效应分析 Analysis of Shear-lag effect on Concrete box-girder of the Double-Tower Cable-Stayed Bridge with Single cable plane 研究生姓名: 孙 龙 华 导师姓名、职称: 张永水 教授 申请学位门类: 工 学 专 业 名 称: 结构工程 论文答辩日期: 2009 年 4 月 7 日 学位授予单位: 重 庆 交 通 大 学
2、 答辩委员会主席: 马奎 评阅人: 马奎 巫祖烈 第二章 剪力滞效应分析理论2 2009 年 4 月 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文原原创创性性声声明明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工 作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学
3、位论文的规定,同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本 人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索,可以 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术 信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库 ,并进行信息服务 (包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ,同时本人保留在其他媒体发 表论文的权利。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)电子杂志社 CNKI 系列数据 库中全文发布,并按中国优秀博
4、硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 益。 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 摘 要 斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成的组合桥梁结构体系40。它是一种 桥面体系以加劲梁受压(密索体系)或受弯(稀索体系) ,支承体系以斜拉索受 拉、桥塔受压为主的桥梁。斜拉桥的主要特点是利用桥塔引出的斜拉索作为梁跨 的弹性中间支承,借以降低桥跨的截面弯矩,减轻梁重,提高主梁的跨越能力。 斜拉桥特别是混凝土斜拉桥具有优越的性能表现,在大跨度的桥梁中被广泛采用。 目前,国内外修建的斜拉桥不仅跨径进一步加大,而且主梁的横向宽度也在增大。 随着宽跨比、宽高比的增大,其
5、剪力滞效应也愈加严重。如果忽略其影响,势必 导致结构的失利。剪力滞效应使得原本根据初等梁理论分析认为应该均匀的顶底 板应力产生不均匀分布,从而导致局部应力过大造成破坏。目前国内对于剪力滞 效应研究虽然已经开展较多,然而,对于塔墩梁固结、非对称布置的双塔宽桥面 斜拉桥的剪力滞效应研究还较少,有待进一步的研究分析,以加深对该类问题的 深入了解,促进该桥型的发展。 本文首先对大跨径预应力混凝土高低塔单索面斜拉桥体系及剪力滞效应研究 状况进行综述,并详细阐述剪力滞效应的影响因素及研究前景,然后针对涪陵乌 江二桥特殊的结构形式和受力特点分析全桥在恒载作用下的剪力滞效应,并考虑 预应力的施加对剪力滞效应的
6、影响。通过分析,得出了乌江二桥在恒载作用下各 关键截面的应力分布情况;同时,通过比较,得出了预应力对各个截面应力分布 的影响。并得到了预应力施加前后各关键截面的剪力滞系数。 本文的分析结果,可以为该类桥梁设计提供依据和技术参考。 关键词:高低塔单索面;斜拉桥;混凝土箱梁;剪力滞效应;剪力滞系数;预应 力 ABSTRACT Cable-stayed bridge is the unitized structure system composed by the tower, and cable.It is a bridge with girder system which beam is unde
7、r pressure (micronesia cable system) or under bending (thin cable system), support system main composed by the tension cable-stayed and bridge tower under pressure.The main characteristics of cable- stayed bridge is the use of cable-stayed leaded from bridge towers as a flexible central support of b
8、eam, in order to reduce section moment of cross-bridge to reduce beam weight, improve the leaping capacity of the main beam .Cable-stayed bridge, concrete cable-stayed bridge especially has excellent performance, and is widely used in the large-span bridges . At present, cable-stayed is built with n
9、ot only the increased span, also the increased horizontal width of main beam both at home and abroad.With the wide-span ratio and aspect ratio increasing, the shear-lag effect has become even more serious,it is bound to cause structural failure if ignoring its impact.Shear-lag effect makes roof and
10、floor stress chich should be uniformly distributed in accordance with the analysis of elementary beam theory have a non-uniform distribution, it will make local stress too large causing damage . At present, the study of shear-lag effect has been carried broadly,but the study for the tower pier beam
11、consolidated, non-symmetrical twin towers cable-stayed bridge is very little,pending further research and analysis, to deepen the understanding of this types of questions and promote the development of this bridge-type. This paper first makes a review of long-span prestressed concrete cable-plane si
12、ngle-tower cable-stayed bridge system and the studies of shear-lag effect, and elaborate on the effects factors and research prospects of shear-lag effect,then analysis the shear-lag effect under dead load for the special structural form of Fuling Wujiang Second Bridge . And to consider the impositi
13、on of pre-stressed on the shear-lag effect. Through analysis, reach conclusion of the critical cross-section stress distribution of Wujiang Second Bridge under dead load . At the same time, by comparison, obtaineing influence of stress distribution in each section of prestress . And obtaine the shea
14、r-lag coefficient of the key section before and after prestressed. The analysis results of this can provide the basis of such bridge design and technical guidance. KEYWORDS: high and low tower, single cable plane, cable-stayed bridge, concrete box-girder, shear-lag effect, shear-lag coefficient, pre
15、stress 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论1 1 1.1 高低塔单索面斜拉桥特点1 1.1.1 高低塔斜拉桥特点 1 1.1.2 单索面斜拉桥特点 2 1.2 剪力滞效应的研究现状及影响因素2 1.2.1 剪力滞效应的定义 2 1.2.2 描述剪力滞效应的参数 4 1.2.3 剪力滞影响因素6 1.3 剪力滞研究前景9 1.4 本文主要研究思路及内容.11 1.4.1 依托工程涪陵乌江二桥概况.11 1.4.2 本文主要研究内容 .12 第二章第二章 剪力滞效应分析理论剪力滞效应分析理论1313 2.1 能量变分法.13 2.1.1 基本假定.13 2.1.2 基本微分方程的推导.14
16、2.1.3 简支、悬臂梁的剪力滞效应.16 2.1.4 叠加原理.19 2.1.5 有限差分法.20 2.1.6 纵向位移函数的选择.22 2.1.7 关于能量变分法的讨论.25 2.2 比拟杆法.26 2.2.1 基本思路.26 2.2.2 三杆比拟法微分方程的建立和求解.29 2.2.3 边界条件的处理和求解.30 2.2.4 关于比拟杆法的讨论.31 2.3 有限段法.31 2.3.1 梁段单元的位移模式.32 2.3.2 梁段单元刚度矩阵和荷载列阵.34 2.3.3 关于有限段法的讨论.35 2.4 剪力滞分析理论的新发展.35 2.5 斜拉桥主梁剪力滞分析方法.37 2.5.1 考虑
17、弯矩与轴力共同作用的比拟杆法.37 2.5.2 考虑弯矩与轴力共同作用的能量变分法.39 2.6 本章小结.43 第三章第三章 ANSYSANSYS 空间有限元模拟空间有限元模拟4545 3.1 有限元法的概念.45 3.2 有限单元法的分析步骤.45 3.3 有限元分析软件的选择.47 3.4 有限元计算模型的建立.48 3.4. 1 计算参数的选取 48 3.4. 2 有限元模型简介 48 3.5 本章小节.50 第四章第四章 涪陵乌江二桥剪力滞效应分析涪陵乌江二桥剪力滞效应分析 5151 4.1 箱形主梁在恒载作用下的剪力滞特性研究.53 4.2 考虑预应力作用的箱形主梁剪力滞特性研究.
18、64 4.3 本章小结.74 第五章结论与展望第五章结论与展望7575 5.1 结论.75 5.2 展望.76 致致 谢谢7777 参考文献参考文献7878 在学期间发表的论著及取得的科研成果在学期间发表的论著及取得的科研成果8282 第一章 绪论1 第一章 绪论 斜拉桥是由塔、梁、索三种基本构件组成的组合桥梁结构体系50。它是一种 桥面体系以加劲梁受压(密索体系)或受弯(稀索体系) ,支承体系以斜拉索受 拉、桥塔受压为主的桥梁。斜拉桥的主要特点是利用桥塔引出的斜拉索作为梁跨 的弹性中间支承,借以降低桥跨的截面弯矩,减轻梁重,提高主梁的跨越能力。 斜拉桥以跨越能力大、结构新颖而成为现代桥梁工程
19、中发展最快、最具有竞争力 的桥型之一。斜拉桥现是我国大跨径桥梁最流行的桥型之一,目前为止建成或正 在施工的斜拉桥共有余座,仅次于德国、日本,位居世界第三位。而大跨径混30 凝土斜拉桥的数量已居世界第一。江苏苏通大桥主跨,于年建成雄踞m10882007 同类桥型世界首位;在目前已经建成的斜拉桥最长跨径前 10 位中,中国占具 8 座。无论是从数量上还是从跨度上,我国已成为斜拉桥大国。斜拉桥特别是混凝 土斜拉桥具有优越的性能表现,在大跨度的桥梁中被广泛采用。目前,国内外修 建的斜拉桥不仅跨径进一步加大,而且主梁的横向宽度也在增大。现国内修建的 最宽主梁的宽度已达 38.6m。随着宽跨比、宽高比的增
20、大,其剪力滞效应也愈加 严重。如果忽略其影响,势必导致结构的失利。我国的宁波招宝山独塔双索面混 凝土斜拉桥于 1998 年发生主梁断裂事故。经过专家论证,其中一个重要原因就 是设计时忽略了剪力滞效应。剪力滞效应使得原本根据初等梁理论分析认为应该 均匀的顶底板应力产生不均匀分布,从而导致局部应力过大造成破坏。目前国内 对于剪力滞效应研究虽然已经开展较多,然而,对于塔墩梁固结、非对称布置的 双塔宽桥面斜拉桥的剪力滞效应研究还较少,有待进一步的研究分析,以加深对 该类问题的深入了解,促进该桥型的发展。 本文首先对大跨径预应力混凝土高低塔单索面斜拉桥体系及剪力滞效应研究 状况进行综述,并详细阐述剪力滞
21、效应的影响因素及研究前景,然后针对涪陵乌 江二桥特殊的结构形式和受力特点确定论文研究思路。 1.1 高低塔单索面斜拉桥特点 1.1.1 高低塔斜拉桥特点79 塔的高度有时建造得相互不一致,则称为高低塔斜拉桥(又有称子母塔),是 斜拉桥塔形布局的又一发展。为适应水文、地质、地形(包括水底地形)等条件下 采用高低塔的型式往往可以获得合理又经济的桥跨布局,在此情况下各塔高度由 第一章 绪论2 桥位客观条件确定。高低塔给人错落有致的映象,克服下篇一律、呆滞的格局, 给人以新颖感。但是在此情况下各塔高度高差不应过大。 一般情况下,各塔拉索倾斜度仍按 1:21:2.5 控制,因此跨长近似为 L22.5(H
22、1+H2),式中 H1 和 H2 各为该跨两侧索塔在桥面以上的高度,每塔斜 拉主梁长度为 L1=(22.5)H1 和 L2(22.5)H2。主梁悬臂越长,意昧着设计施 工难度越大。比如 400m 跨长。如高低塔各自主梁悬臂长为 250/150m,就近似于 等高双塔 500m 水平;如高低塔各自主梁悬臂长为 300/100m,就近似于等高双塔 600m 水平。因此无必要,各自主梁悬臂长度不宜相差太大。采用这种体系的有云 阳长江公路大桥等。 1.1.2 单索面斜拉桥特点 单索面拉索设置在桥梁纵轴线上,这对于设置有中央分车带的桥梁特别合适, 该体系具有最小的桥墩尺寸和最佳的视觉效果。但是,单平面斜拉
23、索只能支承竖 向荷载,拉索对主梁抗扭不起作用。由于横向不对称活载和风力的作用而使主梁 受扭,因此,主梁横截面宜采用抗扭刚度较大的闭合箱型断面。同时,单索面斜 拉桥,单根拉索的索力张拉吨位较大,斜拉索施工初张力的控制对主梁线型和主 梁应力控制提出了很高的要求。 对于单索面体系,其横桥向的刚度和桥轴向的抗扭刚度相对较低,需要主塔 具有必要的横向抗弯刚度,同时主梁也需要有足够的抗弯和抗扭刚度。桥面的抗 扭刚度可以减少二次矩,同时增强结构整体动力性和空气动力稳定性。对这种结 构体系,拉索的破坏荷载较低,应限定拉索的应力变化。当桥面很宽或跨径很大, 采用中间单索面将导致过大的扭转弯矩,所以这种体系对于多
24、车道公路桥不太合 适76。 1.2 剪力滞效应的研究现状及影响因素 1.2.1 剪力滞效应的定义 为了说明剪力滞效应的基本概念,先取一悬臂箱型薄壁梁为例,在悬臂端的 梁肋处施加一对集中力 P,如图 1.1 所示。 第一章 绪论3 图 1.1 悬臂箱型薄壁梁在自由端作用一对集中力 Fig.1.1 A pair of concentrated force effect at the free end of cantilever thin-walled box beam 如果箱梁翼板具有初等弯曲理论中所假定的无限大抗剪刚度(即平截面假定), 在平行于 AD 截面处,应用初等梁的弯曲理论进行分析,顶板
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高低 塔单索面 斜拉桥 混凝土 剪力 效应 分析
链接地址:https://www.31doc.com/p-2182669.html