【博士】多重組合體系拱橋的靜動力特性研究【2008】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長沙理工大學(xué)　　學(xué)位年度： 2008年　　對于特大跨度拱橋，無論在結(jié)構(gòu)體系還是施工工藝上，追求的目標(biāo)應(yīng)是在滿足功能的前提下，做到造價(jià)省、工期短、施工方便、安全耐久和外形美觀。正是基于此，多重組合體系拱橋迅速興起，并得到了廣泛的應(yīng)用。　　本文以廣東佛山東平大橋?yàn)楸尘?，采用?jīng)典力學(xué)方法和有限元法對其新結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行靜、動力分析，研究了這種結(jié)構(gòu)體系與傳統(tǒng)拱橋結(jié)構(gòu)在受力上的差別，并在此基礎(chǔ)上采用遺傳算法對此橋的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化；采用梁、殼耦合有限元模型對主、副拱的連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了局部應(yīng)力分析，并識別了其連接剛度；針對橋梁轉(zhuǎn)體過程中提升索力大小由油缸控制的特點(diǎn)，優(yōu)化了轉(zhuǎn)體過程中的結(jié)構(gòu)計(jì)算方法，提高了計(jì)算效率，并對施工過程中影響結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵部位的受力狀況進(jìn)行了研究。完成的主要工作有：　　(1)基于力法原理，根據(jù)佛山東平大橋的受力特點(diǎn)，對由主拱、副拱、剛性系桿和連續(xù)梁組合而成的多重組合體系拱橋結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，得到了其靜力學(xué)計(jì)算模型，并在此基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了各組合構(gòu)件對整體結(jié)構(gòu)受力影響的計(jì)算公式，定性地分析了多重組合體系拱橋與傳統(tǒng)飛燕式柔性系桿拱橋在力學(xué)性能上的差別。同時(shí)，建立了多重組合體系拱橋的平面有限元模型，定量地研究了副拱和連續(xù)梁等組合結(jié)構(gòu)對整體結(jié)構(gòu)受力的影響。，　　(2)建立多重組合體系拱橋的空間組合有限元模型，以有效振型質(zhì)量參與系數(shù)確定其有效參與振型，并對反應(yīng)譜進(jìn)行阻尼修正，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)譜分析，研究副拱和邊跨連續(xù)梁對整體結(jié)構(gòu)自振特性和反應(yīng)譜分析結(jié)果的影響?！　?3)基于遺傳算法和有限單元法，選取主拱矢跨比、拱軸系數(shù)、各關(guān)鍵截面的截面高度和鋼箱壁厚為設(shè)計(jì)參數(shù)，以拱結(jié)構(gòu)材料用量和結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力為約束條件，以控制截面應(yīng)力平方均值最小為優(yōu)化目標(biāo)，編制結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算程序GA-FEM，對東平大橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化?！　?4)以梁的平截面假定為依據(jù)，采用約束方程實(shí)現(xiàn)梁、殼連接節(jié)點(diǎn)間的自由度傳遞，構(gòu)建整體、局部藕合有限元模型進(jìn)行數(shù)值分析，得到了結(jié)構(gòu)平轉(zhuǎn)時(shí)主、副拱連接節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力分布，識別了連接節(jié)點(diǎn)的連接剛度，研究了連接節(jié)點(diǎn)內(nèi)的加勁肋對整體結(jié)構(gòu)受力的影響?！　?5)采用一階優(yōu)化理論，建立轉(zhuǎn)體施工拱橋的優(yōu)化計(jì)算模型。此模型指定各吊點(diǎn)提升索力大小為設(shè)計(jì)變量，將結(jié)構(gòu)物特定點(diǎn)的空間坐標(biāo)設(shè)為目標(biāo)函數(shù)，將液壓同步提升技術(shù)的控制要求設(shè)為約束條件。通過對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以計(jì)算機(jī)自動求解代替人工試算，大大減少了計(jì)算工作量?！　?6)采用解析法、設(shè)計(jì)簡化方法和精細(xì)非線性有限元法，在驗(yàn)證了接觸有限元模型參數(shù)設(shè)定可靠性的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地計(jì)算了銷軸連接結(jié)構(gòu)的接觸應(yīng)力，并將理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測值對比，兩者吻合較好。在此基礎(chǔ)上，研究了提升力大小和材料本構(gòu)關(guān)系等對接觸應(yīng)力計(jì)算結(jié)果的影響。　　

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