斜拉桥线形与索力非线性算法研究

作     者：胡媛媛 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑罡

授予年度：2019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：施工控制 倒拆正装闭合 几何非线性 UL列式 

摘      要：目前,我国斜拉桥建设正走在国际领先水平。斜拉桥由于其独特的柔性结构体系,在施工过程中随着施工节段的增多,刚度不断减小,几何非线性问题逐渐显著。所以严格根据实际施工过程建立计算模型,将能有效进行施工控制得到满足要求的成桥内力及线形。本文以丰都长江二桥为工程背景,针对倒拆-正装计算闭合性问题,进行几何非线性分析。首先确定合理成桥内力状态,在此内力状态及目标成桥线形下进行倒拆-正装计算,提出了施工过程是自然的拉格朗日修正体系,在不考虑混凝土收缩徐变的因素下,采用了更新的拉格朗日格式进行几何非线性施工全过程计算分析,建立每个阶段倒拆与正装位移迭代闭合曲线。本文展开了以下工作:(1)重点调研了斜拉桥发展现状、计算分析理论和成桥状态计算方法的已有研究成果,针对当前斜拉桥施工控制计算中,倒拆正装闭合性问题,提出了施工过程中几何非线性对成桥内力及线形的影响需要进一步研究;(2)根据本文研究方向的需要,对研究中用到的基础理论和技术原理进行了陈述。概述了无应力状态控制法在斜拉桥施工控制以及成桥内力计算的应用,回顾了拉索悬链线形推导公式,根据二分法编制了Ansys计算拉索无应力长度程序;介绍了斜拉桥静力几何非线性分析理论、几何非线性影响因素及有限元分析计算方法;讨论了P-Delta效应与梁柱效应的关系;总结了施工控制计算中,倒拆-正装计算闭合性问题的几何非线性原因;(3)通过了案例分析,进行倒拆-正装计算的闭合条件讨论。在大变形情况下,线性计算不能得到闭合结果,因此利用了UL列式进行迭代计算,根据迭代步的设置,迭代步数达到足够多时,得到了非线性倒拆-正装闭合结果,并给出闭合曲线;提出了采用UL列式进行几何非线性迭代计算是更为符合施工过程的计算方法;同时对比了分步倒拆第一阶段、倒拆第二阶段结果与同时倒拆两阶段结果,从而验证了,任意应力状态的转换服从无应力状态概念;(4)利用丰都长江二桥参数进行建模分析,进行闭合性分析计算,同时比较各种非线性因素的影响。利用UL列式进行施工阶段的倒拆-正装几何非线性闭合计算,得到与案例相同结果;并进行各种几何非线性因素下对施工控制内力影响的计算,得到了梁柱效应对本文的成桥内力状态影响最小,大位移及垂度效应影响较大。