多塔斜拉橋幾何非線性分析及其索力優(yōu)化研究.pdf

1、斜拉橋是由主梁、索塔和斜拉索組成的高次超靜定柔性結構體系。拉索受拉，塔梁受壓彎組合作用，當斜拉橋跨度變大時，結構呈現(xiàn)明顯的幾何非線性。因此，在斜拉橋的計算分析中應充分考慮非線性影響。另外，由于斜拉橋的索力可以人為的張拉調(diào)整，從而決定了成橋內(nèi)力狀態(tài)的多樣性。因此，為使斜拉橋工作在一個更合理的內(nèi)力狀態(tài)下，有必要展開其最優(yōu)索力的研究。本文圍繞斜拉橋幾何非線性及索力優(yōu)化展開了研究，核心內(nèi)容主要包括3個部分:
　　(1)介紹了幾何非線性分析

2、的TL、 UL及CR列式理論，給出了橋梁結構常用單元——桁架單元、梁單元、索單元及板單元切線剛度矩陣表達式，并借助MATLAB數(shù)值編程軟件，對本文的理論進行了實例考證。梁單元算例表明，CR-TL列式要遠優(yōu)于CR-UL列式，其主要特點為在CR坐標系下精確扣除單元剛體運動以及計算單元抗力時基于整體平衡條件而不是增量平衡條件，相比CR-UL列式能避免誤差累積和取消增量步內(nèi)小轉(zhuǎn)動限制，具有高精度與效率。板單元算例表明，有限元中高斯積分階次取到4

3、階即可，過高的階次對最終計算結果精度的提高是無益的。
　　(2)建立赤石大橋的4種分析模型——完全線性模型、僅考慮垂度效應（等效彈性模量法）的非線性模型、考慮大位移和塔梁二階效應的非線性模型、考慮全部非線性因素的非線性模型，分析了各特殊施工階段塔梁變形及內(nèi)力的非線性影響。另外，利用MATLAB編程分析了等效彈性模量法模擬斜拉索的計算誤差。最后，以非線性理論、線性二階理論及線性理論對成橋階段活載的非線性影響進行分析。結果表明，等效彈

4、性模量法計算誤差對低應力的長索很大，其計算精度嚴重依賴于所選取的荷載步個數(shù)。垂度效應對主梁變形影響大，但對主梁內(nèi)力的影響小，在各施工階段垂度效應對主梁彎矩影響均在5％以內(nèi)。大位移及塔梁二階效應對主梁內(nèi)力非線性影響很大，對彎矩的非線性影響可高達20％以上。成橋階段活載非線性影響很小，可近似按線性理論計算。
　　(3)建立赤石大橋施工索力與成橋狀態(tài)變量間影響矩陣，以主梁彎曲能量為目標函數(shù)，考慮到活載影響對目標函數(shù)加以修正，運用正裝迭代