多塔柱混凝土矮塔斜拉橋結(jié)構研究.pdf

1、矮塔斜拉橋填補了連續(xù)梁橋和斜拉橋之間的橋型空白，具有經(jīng)濟、美觀、施工難度低、跨徑布置靈活等優(yōu)點，出現(xiàn)以來得到了廣泛應用。自1994年在日本建成了世界上第一座矮塔斜拉橋，距今不過20余年，作為一種新橋型，在中國的應用也僅十多年，其施工控制、索力優(yōu)化、索鞍復雜應力狀態(tài)分析、極限承載能力研究等很多關鍵理論問題仍待進一步深入研究，從而使該橋型得到更好的發(fā)展應用。本文采用理論研究、有限元數(shù)值分析以及荷載試驗等多種方法對多塔矮塔斜拉橋的關鍵技術進行

2、了研究。
　　本文主要針對多塔矮塔斜拉橋的四個關鍵問題進行研究。
　　第一，總結(jié)現(xiàn)有斜拉橋成橋索力優(yōu)化理論，研究了遺傳算法和Pareto多目標優(yōu)化方法的基本原理，并應用于矮塔斜拉橋的索力優(yōu)化中。研究以MATLAB軟件為編程平臺并結(jié)合ANSYS參數(shù)化建模的索力優(yōu)化實現(xiàn)方法，以寧江—松花江特大橋為例，對其進行單目標和多目標優(yōu)化，并對比、分析優(yōu)化前后結(jié)構的受力狀態(tài)。
　　第二，研究多塔混凝土矮塔斜拉橋的主梁抗彎極限承載能力，

3、可以確定結(jié)構的破壞形式和破壞位置，得到結(jié)構在設計荷載下的安全儲備及超載能力，為其安全運營管理提供理論依據(jù)。應用全過程分析方法，采用ANSYS通用軟件，分別基于Drucker-Prager屈服準則和Willam-Warnke五參數(shù)破壞準則建立兩種三維實體有限元模型，分析結(jié)構從承受設計荷載至破壞荷載整個過程的受力狀態(tài)并得到三個工況下的結(jié)構抗彎極限承載力，并與現(xiàn)行橋梁設計規(guī)范(JTG D62-2004)方法的計算結(jié)果進行了對比分析。兩種有限元

4、模型的抗彎極限承載力計算值相對規(guī)范方法計算值的平均誤差分別為2.7％和6.5％，最大誤差分別為5.9％和8.6％。兩種有限元分析結(jié)果與規(guī)范方法計算值吻合較好，進而間接地驗證了數(shù)值模擬方法和計算結(jié)果的正確性;該橋結(jié)構在活載系數(shù)小于3時基本處于彈性狀態(tài);中跨跨中加載為該橋安全系數(shù)最小的工況，其安全系數(shù)為2.08。
　　第三，索塔索鞍是結(jié)構關鍵構件和部位，索鞍下的混凝土受力呈現(xiàn)復雜的空間應力狀態(tài)。基于擴展有限元法和損傷本構非線性有限元法

5、，采用通用有限元軟件ABAQUS對索鞍下混凝土受力進行數(shù)值模擬分析。數(shù)值分析表明，索鞍下混凝土在受到分絲鋼管傳遞的索力作用下有可能產(chǎn)生孔道的局部裂縫，裂縫影響范圍約為25cm。索鞍區(qū)混凝土的最大主壓應力出現(xiàn)在索鞍的角隅處，數(shù)值為23.8MPa，小于C50混凝土的抗壓強度標準值，尚不會造成混凝土局部壓碎破壞。
　　第四，對于高次超靜定的多塔矮塔斜拉橋結(jié)構，其設計與施工高度的耦合，施工過程會直接影響成橋狀態(tài)。該橋采用懸臂施工，結(jié)構受力

6、和變形在施工中不斷變化，需要對施工過程進行監(jiān)控，重點監(jiān)控成橋中的標高和截面應力。監(jiān)控過程中實測的各項數(shù)據(jù)與計算結(jié)果總體吻合較好，均滿足《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62-2004)的要求，橋梁結(jié)構處于安全范圍內(nèi)。
　　成橋?qū)嶒炇菍蛄涸O計、施工質(zhì)量的檢驗。通過成橋荷載試驗可以評價橋跨結(jié)構在正常使用極限狀態(tài)下的工作性能和承載能力，驗證設計理論、計算方法及設計時所采用的各種假設的正確性與合理性。該橋的靜、動載