大跨度结合梁斜拉桥动力特性分析开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

结合梁斜拉桥始建于20世纪50年代,但从20世纪80年代才开始得到发展。主要的结构型式:在钢主梁和钢横梁组成的框架结构上铺设混凝土桥面板,混凝土桥面板通过钢梁顶面的剪力键与后浇的混凝土湿接缝连接为一整体而共同受力。根据其结构特点,斜拉索在同一梁段施工期间需要多次张拉,且前两次张拉的索力一般不是很大,这样就决定了每次的张拉力比较小;那么,就有可能在前面几次张拉后,斜拉索的锚头还未拔出锚垫板,这时就需要接长杆暂时将其接长以承受后续施工荷载,待张拉端的锚头拔出锚垫板且螺母可以锚固在张拉端锚头时,就可以将螺母锚固在拉索锚头上。由于结合梁斜拉桥的结构轻巧,能够节省材料,方便施工,且能避免钢板失稳、桥面板疲劳等一系列优点,近 30 年来在国内外得到迅猛发展。

钢-混凝土结合梁斜拉桥是近几十年发展起来的一种新型结构体系,选用受力较为合理的结合梁桥面结构型式,已经成为当今大跨度斜拉桥重要的桥面结构型式,虽然结合梁斜拉桥的设计和施工控制机理较为复杂,工程造价相对于混凝土斜拉桥略高,但其跨越能力和建造速度远远超过混凝土斜拉桥,为特大跨度斜拉桥建设创造了条件,也极大地减少了建造桥梁的时间。钢-混凝土结合梁在日本、欧洲、美国等已经较为广泛应用。特别在欧洲,已有较为详尽的设计规范。近几十年来,国内一些学者也针对钢-混凝土结合梁的受力性能进行了研究,在大量的简支、连续结合梁试验研究的基础上,通过简化和修正理论公式,提出了简单实用的一般计算公式。这些研究工作的开展,促进了钢-混凝土结合梁设计方法的进一步完善。为了提高组合结构的使用性能及适用范围,目前针对钢-超高性能混凝土(uhpc)的研究也逐渐增多。随着有限元计算理论的发展和计算机软硬件计算能力的不断提高,作为结构分析的重要方法及有效手段,有限元法也逐渐被用于研究钢-混凝土结合结构桥梁。这次论文的题目是大跨度结合梁斜拉桥动力特性分析,以赤壁长江大桥作为工程背景。

赤壁长江大桥是主跨为720m的大跨度结合梁斜拉桥,可以说将结合梁斜拉桥的主跨跨度发挥到了极致。通过有限元软件建模计算分析大桥结构的动力特性,包括其固有频率和模态等自振特性,以及以抗震性能为代表的动力响应,分析结合段钢板与混凝土桥面板的滞回特性,无论是对赤壁长江大桥的施工监控,还是对大桥运营期长期健康监测系统的建立,都具有较重要的基础性意义。


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2. 研究的基本内容与方案

以赤壁长江大桥为工程背景,采用MIDAS/Civil有限元软件对赤壁长江大桥主桥斜拉桥进行动力特性分析,在建立赤壁长江大桥主桥结构的空间整体有限元模型前我们需要确定桥位与轴线、桥型方案、主桥结构体系、索塔与基础、主梁斜拉索、 引桥等,了解其主要建筑材料和结构型式,确定桥上受荷载情况和桥边界上的约束条件。依据赤壁长江大桥的设计施工图,利用有限元软件MIDAS/Civil,建立赤壁长江大桥主桥结构的空间整体有限元模型,三大主体构件是索塔、斜拉索、结合梁。在完成赤壁长江大桥主桥结构建模之后,在有限元模型上合理施加边界约束,用子空间迭代法计算大桥结构的前八阶固有频率和主振型,分析其各阶模态的索塔及结合梁的变性特点;再用时程分析法计算大桥结构在典型地震波输入下的动力响应,分析结合梁段钢箱梁钢板及混凝土桥面板的抗震特性。通过有限元软件MIDAS/Civil建模、施加约束和荷载,利用MIDAS/Civil有限元软件对赤壁长江大桥主梁钢—混凝土结合段进行仿真分析,分析其动力特性,之后再将软件内的分析结果导出。对软件分析结果再进行理论分析验证其的正确性以及是否符合实际情况。将检验无误符合实际的结果用到撰的写论文中。

3. 研究计划与安排

第1~第2周 完成开题报告及英文资料翻译

第3~第4周 熟悉赤壁长江大桥结构图纸

第5~第6周 学习midas/civil软件,做例题

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4. 参考文献(12篇以上)

1. 范立础,桥梁抗震[m],同济大学出版社, 1997.

2. 聂建国, 余志武,钢-混凝土组合梁在我国的研究[j]. 土木工程学报, 1999, 32(2): 3―8.

3. 重庆交通科研设计院,公路斜拉桥设计细则(jtg d65-01-2007)[s],人民交通出版社, 2007.

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