无索区长度对矮塔斜拉桥结构行为的影响分析

作     者：彭彬 

作者单位：武汉理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨德灿

授予年度：2018年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：矮塔斜拉桥 斜拉索布置 无索区长度 活载效应 优化分析 

摘      要：矮塔斜拉桥是在连续梁与斜拉桥两种传统桥梁的基础上,发展而来的一种富有竞争力的组合桥型。凭借卓越的结构性能、优良的经济指标以及优美的外型,矮塔斜拉桥在近20多年来得到迅速发展,并已逐渐成长为一种主流桥型。与常规斜拉桥相比,矮塔斜拉桥在构造上的显著特点是其主梁上具有三段较长的无索区段。在梁段内怎样设定无索区段的长度,使斜拉索结构与连续体系梁结构协调地工作,是设计人员关心的问题。针对这一问题,本文将典型的三跨矮塔斜拉桥梁段内无索区的分布以主塔附近无索区长度、中跨跨中无索区长度以及边跨端部无索区长度三个参数表示,并以此三个参数为研究对象进行结构行为的影响分析。以某大跨度矮塔斜拉桥方案的结构数据为基础,建立（ANSYS）结构参数化有限元模型。在基准桥基础上,设置三个参数合理和可能的变化范围。在不改变其他结构参数的前提下,通过增加或减少斜拉索数量,且保持斜拉索总面积不变的方式来改变研究参数的取值,并据此构建多组模型。利用参数化设计语言（APDL）编制计算程序,分析得到参数变化对车辆荷载作用下主梁内力和变形的影响规律。研究工作与主要结论如下:（1）选取结构弯曲应变能为目标函数,并利用ANSYS优化模块实现了模型的索力优化,得到较为理想的优化结果。（2）得到各组分析模型在最不利荷载工况下结构的静力响应。通过对比和综合分析,得出研究参数与结构静力行为之间具体的关系。其中墩顶负弯矩峰值受塔旁无索区长度的影响较为显著,而跨中弯矩和挠度受跨中无索区长度的影响较为显著。并在此基础上,得出主梁在活载作用下无索区长度与中跨跨径比值的合理范围。（3）经过计算与结果对比,验证了结构非线性效应对分析模型静力响应的影响不超过3%,因而可以忽略该效应以加快计算分析的效率。（4）鉴于无索区的设置方式对矮塔斜拉桥静力性能影响较大的特点,提出通过调整无索区长度的方式来改善和优化结构整体受力的思路,并给出了实现此优化的具体措施。