曲线斜塔不等跨斜拉桥稳定性及断索安全性分析

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1、曲线斜塔不等跨斜拉桥稳定性及断索安全性分析Analysisonthestabilityandsafetyofcablefailureofthecable-stayedbridgewithunequalspanandcurvedtower工程领域：建筑与土木工程作者姓名：高屾指导教师：于敬海研究员企业导师：黄永军高级工程师天津大学建筑工程学院2017年12月万方数据万方数据摘要本文针对某实际工程，其主塔为曲线斜塔、梁不等跨（且两跨分别为钢梁及混凝土梁）、拉索为双索。这种斜拉桥设计较为复杂，需要详细的分析和丰富的工程经验。针对其施工和使用过程中的重要问题进行了分析，对大跨度曲线斜塔

2、斜拉桥的恒载成桥状态及索力分析、静动力分析、施工过程中主塔的非线性稳定性分析以及不同断索情况进行了整体的响应分析，保证了施工及使用的安全性，为同类工程提供了借鉴意义。主要得到以下结论：（1）通过弯矩及位移联合控制边界条件来确定优化索力，经过对主塔、梁以及拉索的内力、位移等的验证，得到的索力较为合理。（2）对桥梁主塔进行了在自重情况下特征值屈曲及非线性屈曲分析。在自重下X方向的稳定性最弱。在特征值分析的基础上，考虑主塔的几何初始缺陷进行了非线性屈曲分析，屈曲分析结果接近实际施工过程。非线性失稳的极限荷载比特征值屈曲分析荷载低25%左右。（3）完成了施工过程中的非线性稳定性分析，主

3、塔两侧同边两根拉索同时张拉对主塔稳定最为不利。因此在实际施工过程中不宜采用此种形式的张拉施工顺序。分析了三种不利工况下的主塔非线性稳定性，其失稳荷载均比特征值屈曲荷载低25%左右。按照上述分析制定了监测布置方案和拉索施工的顺序，保证了结构在施工过程中的安全性和稳定性。（4）利用MidasCivil与桥梁博士两个软件进行了斜拉桥的建模和静力分析，两者得到的内力和应力结果较为接近，验证了模型的正确性。进一步分析了整体桥梁的自振特性，结构的第一阶振型以竖向弯曲为主，说明该桥梁对竖向振动位移比较敏感。（5）分析了单根拉索失效的16种工况下，斜拉桥的索力变化、桥梁竖向位移变化、主塔的位移

4、变化等。索失效后，相邻拉索应力会大大增加，离断索位置越远的拉索，应力影响越小；一根拉索失效后，其对应位置梁另一侧的拉索应力也会大大减小，接近于失效。前索失效会使得背索应力大大减小，且减小的程度从长索到短索逐渐缩小。整体而言，长索失效造成的影响比短索的影响大，但是其他拉索的应力最大不会超过800MPa，仍有较大安全度。当索失效时，钢梁及混凝土梁竖向位移变化在合理范围以内。索失效对于主塔的位移影响较大，且随着主塔从下到上位移变化越大。背索失效对主塔引起的不均匀变形效应较大。断索对于结构的大部分模态的频率有减小的作用，说明拉索失效使结构刚度减小，但是减小的刚度不大。关键词：斜拉桥，曲

5、线索塔，稳定性分析，断索安全性I万方数据ABSTRACTInthispaper,themaintoweristhecurvedtowerandthebeamisnotintersected(andthetwobeamsaresteelbeamandconcretebeamrespectively),andthecableisadoublerope.Thiskindofcable-stayedbridgedesignismorecomplicatedandrequiresdetailedanalysisandrichengineeringexperience.Importanti

6、ssuewasanalyzedduringitsconstructionandusestage.Themostimportantissuesintheprocessofthelong-spancurvebridgetowercable-stayedbridgedeadincludingthecableforceanalysis,thestaticanddynamicanalysis,thenonlinearstabilityanalysisofthemaintowerintheprocessofconstructionandtheresponseofdifferentfault

7、linesituationhascarriedontheoverallanalysis,whichmakesurethesafetyofconstructionanduse,andprovidesareferenceforsimilarprojects.Thefollowingconclusionsareobtained:(1)Combinedwiththeboundarylimitationofthebendingmomentandthedisplacement,thecableprefo