武汉天兴洲公铁两用长江大桥空间几何非线性有限元仿真分析.pdf

中南大学
硕士学位论文
武汉天兴洲公铁两用长江大桥空间几何非线性有限元仿真分析
姓名：刘东芳
申请学位级别：硕士
专业：固体力学
指导教师：叶梅新
20070501
摘要武汉天兴洲公铁两用长江大桥主桥设计为双塔三索面三主桁斜拉桥，上下分两层，上层为档拦罚虏阄咛罚较呖驮俗ㄏ撸较逫级铁路干线。铁路桥面采用纵横梁体系，有碴桥面。每两个节间设置一道伸缩纵梁，每道伸缩纵梁上方混凝土板开一条缝。该桥是我国第一座下承式钢一混凝土结合有碴铁路桥面斜拉桥，也是我国武广客运专线上的关键工程。本文对武汉天兴洲公铁两用长江大桥的有限元计算方法和受力特性作了系统的研究，主要完成了以下工作：治隽舜罂缍刃崩偶负畏窍咝缘闹饕S跋煲蛩兀ㄐ崩的垂度效应、梁一柱效应和大位移效应，并提出有限元分析中相应的处理方法。⒘颂煨酥薰接贸そ笄诺目占浼负畏窍咝杂邢拊7析模型，并研究了其恒载和活载作用下的挠度和各构件的应力。结果表明：该桥刚度和强度满足要求，受力合理。设计荷载下不考虑几何非线性计算所得的各种响应都偏小，偏于不安全，但最大误差不超过Ｑ芯苛思窘谖虏詈腿照瘴虏疃蕴煨酥耷攀芰ψ刺挠跋臁＝峁表明：在整体升温和整体降温作用下，虽然在靠近主跨跨中的横梁结点处产生较大的应力，但与一期恒载、二期恒载和活载组合后总应力都不超过。愿忠换炷磷楹咸非琶嫦祷炷练⑸毂浜螅炷涟寮纵、横梁之间的应力重分布进行了研究。结果表明：混凝土徐变后混凝土桥面板的应力变小，其中上板面应力变化比较明显，下板面应力变化较小；钢纵、横梁下翼缘的应力增大，但幅度较小，应力重分布后混凝土板及钢纵、横梁上的应力仍小于规范规定值。本文的研究成果不仅为武汉天兴洲公铁两用长江大桥的设计提供了依据，其基本思想和方法也可应用于其他大型复杂钢一混凝土组合结构斜拉桥的受力状态分析。关键词：斜拉桥，几何非线性，静力分析，季节温差，日照温差ァ．
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日期：趁雌月翠日日期：珥弛月赵：茎原创性声明关于学位论文使用授权说明本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已在在论文中作了明确的说明。作者签名：本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。
第一章绪论斜拉桥的历史与发展现代斜拉桥是由斜拉索、加劲梁和桥塔构成的组合体系结构，它是一种桥面体系以加劲梁受压芩魈逑或受弯∷魈逑，支承体系以斜拉索受拉、桥塔受压为主的桥梁：斜拉桥以跨越能力大、结构新颖而成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一．．崩诺睦酚敕⒄垢趴斜拉桥的雏形早在几百年前就出现过，老挝和爪哇很早就有原始的竹制斜拉桥。早在世纪之前，欧洲就相继建造了一些带有斜向拉索构件的桥梁结构物，其中大多近似于悬索桥和斜拉桥的混合结构。年建于伦敦河上的—桥，由于限载，是目前唯一仍能完好通行的当时修建的斜拉桥。当时由于缺乏合适的理论和计算工具，未能充分掌握斜拉桥这种高次超静定结构的力学特性，采用了诸如木料、铁链等不合适材料作为斜拉索，其强度低且不能拉紧处于松弛状态，只有桥面系发生较大变形后，拉索才能承受预期的拉力，这势必会引起斜拉桥的潜在破坏。由于早期几座斜拉桥暧⒐鶷桥、年德国忧的破坏，法国科学家做出了悬索桥比斜拉桥在力学上优越的结论，导致此后相当长一段时期内斜拉桥得不到土木工程界的青睐而发展极为缓慢“。删。德国工程师首先重新认识到斜拉桥结构体系的优越性并加以大力提倡。年他在浇妆焙由辖ㄔ斓目缍米铁路桥比较方案中，对斜拉桥结构形式进行研究，证明斜拉桥与悬索桥相比在刚度方面大为优越。他指出：对钢斜拉桥必须施加足够高的应力来消除长索自重垂度带来的柔性影响，借以使梁体变形保持在较低范围内。第二次世界大战后，欧洲各国特别是德国面临着大量的桥梁重建工作，由于原材料匮乏，迫使工程师们竭力寻找能充分发挥材料性能的结构形式，这些因素导致了斜拉桥在现代桥梁工程领域中的复世界上第一座现代斜拉桥是年由杓啤⒌鹿鶧公司在瑞典建造的牛们趴缍炔贾梦捎妹攀剿埽辐射形拉索布置，由两片钢板