大跨斜拉橋的非線性及可靠性分析.pdf

1、在近十年來(lái)，斜拉橋由于其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)性能和美學(xué)特性，成為中長(zhǎng)跨度內(nèi)最流行自勺橋型。隨著斜拉橋跨度的增大和各種新型高強(qiáng)材料的使用，橋梁結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越輕柔，更易受到各種非線性行為的影響，因此斜拉橋的幾何非線性、極限承載能力和可靠性分析是本文研究的主要內(nèi)容。 幾何非線性方面，斜拉橋的非線性主要來(lái)源于拉索垂度、梁柱效應(yīng)和大位移效應(yīng)。本文主要討論了CR列式法，CR列式法擺脫了單元小轉(zhuǎn)動(dòng)的限制，并且沒(méi)有累積誤差的影響。這是因?yàn)镃R列式法去除了

2、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的影響，并在全量的基礎(chǔ)上建立了單元內(nèi)力的平衡方程，而不是在增量的基礎(chǔ)之上，因此CR列式法具有很高的精度和效率。 材料非線性方面，本文采用基于柔度法的非線性纖維梁柱單元，基于柔度法的非線性梁柱單元，以截面力假定為出發(fā)點(diǎn)，對(duì)于主要是受軸向和彎曲變形影響的梁柱單元，這個(gè)假定總是能夠得到較好的滿足而不受單元非線性行為的影響。甚至當(dāng)單元處于軟化的強(qiáng)非線性階段，單元內(nèi)部的平衡條件依然能夠精確的滿足。 可靠性分析方面，有限元可

3、靠度分析的要求是能夠精確，一致和有效率的來(lái)計(jì)算各種反應(yīng)量的敏感性，本文采用了直接微分的方法，建立了材料，荷載和幾何尺寸隨機(jī)性所導(dǎo)致的反應(yīng)量敏感性計(jì)算公式。結(jié)構(gòu)的失效概率，即可靠指標(biāo)采用一次二階矩法來(lái)計(jì)算。 基于上述分析方法，本文編制了相應(yīng)的大型結(jié)構(gòu)計(jì)算程序(BSNAS)。塔和主梁采用基于柔度法的纖維梁柱單元模型，拉索采用索單元模型。在材料方面，混凝土，普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋和拉索鋼材均采用非線性的本構(gòu)關(guān)系，在計(jì)算過(guò)程中，所有單元都

4、能同時(shí)考慮幾何非線性的影響。 本文所編制的程序能夠進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)和施工中部分結(jié)構(gòu)，受到短期和長(zhǎng)期荷載，溫度效應(yīng)影響的材料幾何非線性分析；能夠在混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂前和開(kāi)裂后整體結(jié)構(gòu)的非線性行為；結(jié)構(gòu)的極限承載能力及進(jìn)入軟化階段后的結(jié)構(gòu)行為；本文程序還能夠?qū)Υ罂缧崩瓨蚪Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)階段的可靠性分析。 基于上述理論和本文所編制的大型結(jié)構(gòu)分析程序，本文對(duì)兩座實(shí)橋結(jié)構(gòu)即武漢市江漢四橋和巴東長(zhǎng)江公路大橋進(jìn)行了幾何、材料及可靠性方面的詳細(xì)分析