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空间缆索悬索桥主缆成桥线形的迭代计算

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第1章绪论

1.1悬索桥的发展

1.1.1国外悬索桥的发展

1.1.2国内悬索桥的发展

1.2悬索桥的结构形式和受力特点

1.2.1悬索桥的结构形式

1.2.2悬索桥的受力特点

1.2.3悬索桥的施工

1.3悬索桥的结构分析方法

1.3.1弹性理论

1.3.2挠度理论

1.3.3有限位移理论

1.4本文的研究基础

1.4.1研究背景

1.4.2研究现状

1.5本文的主要工作

第2章悬索桥的几何非线性有限元分析方法

2.1悬索桥的几何非线性影响因素

2.1.1荷载作用下的结构大位移

2.1.2缆索自重垂度的影响

2.1.3初始内力的影响

2.2几何非线性的基本原理

2.2.1总体拉格朗日列式法(T.L Formulation)

2.2.2更新的总体拉格朗日列式法(U.L Formulation)

2.2.3带有动坐标的迭代法

2.3几何非线性平衡方程的求解

2.3.1增量法

2.3.2迭代法(Newton-Raphson迭代法)

2.3.3增量迭代混合法

2.3.4收敛准则

第3章空间缆索悬索桥主缆系统的计算

3.1悬索桥主缆系统的设计与计算

3.1.1索计算理论

3.1.2悬索桥主缆线形计算的分段悬链线理论

3.1.3鞍座预偏与索央安装位置

3.2空间缆索系统的特性及分析

3.2.1空间缆索系统的特点

3.2.2分析模型

3.3分析方法

3.3.1应力状态的确定

3.3.2成桥时主缆线形的确定

第4章工程实例分析

4.1工程背景

4.1.1大桥简介

4.1.2施工特点

4.2结构计算模型及几何参数

4.2.1基本数据

4.2.2单元的选取

4.2.3约束状况

4.2.4建模

4.3成桥状态主缆线形计算分析

4.3.1模型的分析方法

4.3.2成桥状态的计算

第5章结论

参考文献

致谢

在攻读硕士期间发表的论文

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摘要

空间缆索悬索桥由于主缆和吊索形成了一个三维索系,在对竖向承载能力影响不大的情况下,缆索系统的横向承载能力得到显著提高,从而大大提高了整个桥梁的横向刚度和抗扭刚度。 悬索桥是由主缆、主塔、锚锭、加劲梁、吊索等组成的组合结构体系,其中主缆是结构体系中的主要承重构件。由于成桥后的结构分析必须以成桥时精确的构形为基础,主缆形状直接影响结构整体受力分配;此外主缆构形将决定其自身的无应力索长、吊点位置及吊杆的无应力长度,这些参数都是设计和施工控制中必不可少的,所以确定主缆成桥时的构形十分必要。 作为结构非线性性态非常突出的大跨度悬索桥,采用有限元法能充分考虑几何非线性的影响因素。伴随着计算机技术的飞速发展,在悬索桥成桥状态主缆线形计算时,考虑采用以有限位移计算理论为基础的有限元方法,结合通用有限元程序ANSYS对悬索桥进行分析计算是合理的。 本文以某空间缆索悬索桥为工程背景,利用通用有限元程序ANSYS建立三维全桥有限元模型,对空间缆索悬索桥进行非线性静力分析,采用假设初态、加载计算、比较结果、修正假设的迭代方法求得主缆成桥线形,得到满足设计要求的主缆成桥时各节点的坐标值。 理论分析和实例的计算表明:在空间缆索悬索桥主缆成桥线形分析时,需考虑主塔鞍座的偏位以及吊索的刚臂影响;在成桥状态时主缆的线形并不是在一个斜面上,而是一个与主缆垂度及边缆跨度有关的空间缆系。

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