自锚式悬索桥合理成桥状态确定与结构参数敏感性分析

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1、分类号:U4410710-2015121126硕士学位论文自锚式悬索桥合理成桥状态确定与结构参数敏感性分析郭小权导师姓名职称孙昊讲师申请学位级别硕士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2018年4月16日论文答辩日期2018年5月7日学位授予单位长安大学DeterminationofReasonableCompletionStatusandSensitivityAnalysisofStructuralParametersforSelf-AnchoredSuspensionBridgesADissertationSub

2、mittedfortheDegreeofMasterCandidate：GuoXiaoquanSupervisor：SunHaoLecturerChang’anUniversity,Xi’an,China摘要自锚式悬索桥以其优美的造型成为城市桥梁建造方案的佳选。自锚式悬索桥不同结构参数对结构力学性能的影响也不同，成桥过程中几何非线性影响较大，经过复杂的体系转换后全桥内力与线形基本不能进行调整，因此开展自锚式悬索桥初始平衡状态确定和结构参数变化对全桥力学性能的影响具有重要工程应用价值。本文的主要研究内容有：（1）详细介绍

3、了悬索桥主缆找形分析的递推-迭代计算方法，提出了一种可以考虑吊索顺桥向倾斜的空间索面悬索桥主缆找形分析方法。针对悬索桥平面和空间缆索体系，分别运用E-M迭代算法和Steffens-Newton迭代算法对递推计算过程中的控制变量进行修正，利用MATLAB软件分别编写了悬索桥平面和空间缆索找形程序；给出了考虑吊索顺桥向倾斜的空间索面悬索桥主缆找形分析的计算流程和递推计算过程中控制变量的修正算法。（2）提出了一种确定自锚式悬索桥合理成桥吊索力的方法。在全桥初始有限元模型建立的基础上，采用温度修正缆索单元无应力长度，基于影响矩

4、阵法迭代更新缆索单元温度，直至满足全桥线形优化目标，此状态下的吊索力即为合理成桥吊索力，并结合工程实例验证了本方法的可行性，同时给出了影响矩阵的形成方法和吊索力优化步骤。（3）提出了一种确定自锚式悬索桥初始平衡状态的计算思路。在得到合理成桥吊索力的基础上，首先利用自编的悬索桥缆索找形程序得到主缆节点坐标、主缆和吊索单元无应力长度等关键有限元建模参数，然后利用MIDAS/CIVIL建立全桥有限元模型，并进行悬索桥精确分析和一次成桥施工阶段分析，最终得到自锚式悬索桥初始平衡状态。（4）进行了结构参数变化对全桥静力性能影响的

5、分析。考虑缆索系统和塔梁系统的参数改变对成桥状态确定的影响，在全过程分析模式下（参数改变-成桥态确定-受力分析）得出其变化对全桥内力及位移的影响规律，为后续同类桥梁的设计与优化提供参考。关键词：自锚式悬索桥；主缆线形；影响矩阵法；合理成桥吊索力；优化目标；初始平衡状态；参数影响的全过程分析iAbstractTheself-anchoredsuspensionbridgehasthegracefulaesthetics,soitbecomesthebestchoiceforurbanbridge.Thestructura

6、lparametersofself-anchoredsuspensionbridgeshavedifferenteffectsonthestructuralmechanicalproperties.Thegeometricnonlinearityhasagreatinfluenceontheprocessofbridgeconstruction.Theinternalforcesandstructuralalignmentofthecompletedbridgebasicallycannotbeadjustedafte

7、rthecomplexsystemtransformation.Therefore,ithasimportantengineeringapplicationtocarryoutthedeterminationofinitialequilibriumstateandtheinfluenceanalysisofdifferentstructuralparametersonthemechanicalperformanceoftheself-anchoredsuspensionbridge.Themaincontentsoft

8、hisdissertationareasfollows:(1)Therecursive-iterativecalculationmethodoftheconformationanalysisofthemaincableofsuspensionbridgewasintroduced.Amethodforfindingthemainc