能量法在斜拉橋靜力性能和面內整體穩(wěn)定研究中的應用.pdf

1、斜拉橋跨越能力大、結構新穎、高效、美觀，已成為現代橋梁工程中發(fā)展最快、最具有競爭力的橋型之一。由斜拉橋的受力和構造特點可知，隨著跨徑的不斷增大，必然會導致加勁梁纖細超柔、塔柱細長超高、斜拉索越來越長，從而使處于壓彎狀態(tài)的梁、塔承受的軸向壓力明顯增大，幾何非線性和材料非線性效應凸顯出來。因此，非線性穩(wěn)定問題成為大跨度斜拉橋必須解決的核心問題之一，也成為其發(fā)展的控制因素，有必要對其進行深入研究。
　　 目前，普遍采用有限元方法對斜拉

2、橋進行穩(wěn)定性分析?？紤]到有限元處理非線性問題時仍存在一些不足，因此本文欲另辟新徑，從能量的基本原理出發(fā)，綜合考慮各種非線性因素的影響，建立了斜拉橋整體非線性穩(wěn)定問題的求解方法，并編制了數值分析程序。研究和計算結果表明該方法計算效率高，精度較好。具體研究內容如下：
　　 在參考閱讀大量文獻的基礎上，對斜拉橋穩(wěn)定研究的現狀及不足進行了綜述。詳細闡述了穩(wěn)定分析及各種非線性問題的基本理論和數值分析方法。
　　 以斜拉橋整體結構為

3、研究對象，考慮斜拉索垂度效應、主梁和主塔中壓-彎效應以及材料非線性等對結構整體穩(wěn)定性的影響，推導出主梁、主塔、斜拉索的勢能以及外力勢能的計算公式，進而根據勢能駐值原理，得出斜拉橋結構面內整體穩(wěn)定分析的能量方程。
　　 基于上述方程，考慮水平漂移的影響，編制求解程序，對多類體系鋼斜拉橋（獨塔漂浮體系、獨塔半漂浮體系、獨塔固結體系，雙塔半漂浮體系等）進行了靜力分析。通過與試驗結果和有限元分析的對比，證明了本文方法的可行性。
　

4、　 進一步，考慮雙非線性，分別采用本文方法和有限元方法，對上述各類體系斜拉橋進行了面內非線性整體穩(wěn)定性研究。分析結果表明，本文結果與試驗值吻合良好，且較有限元結果偏于安全，證明了本文方法的正確性及高效性。同時，還采用有限元對上述各類體系斜拉橋按第一類穩(wěn)定問題進行了研究，并與上述第二類穩(wěn)定分析結果進行了對比，表明若按第一類穩(wěn)定進行計算，同時按照《公路斜拉橋設計規(guī)范（試行）》規(guī)定取安全系數為4，結果有可能偏于不安全，并建議對斜拉橋的穩(wěn)定性

5、應該按照第二類穩(wěn)定問題來求解。
　　 提出了能量影響線及其包絡圖的概念，并通過對斜拉橋主梁截面和各斜拉索的能量影響線的分析研究，合理評價了主梁和斜拉索的承載效率。進一步，建議按照斜拉橋結構構件間的能量分配比例，對各斜拉橋結構體系的靜力性能進行評價，為方案比選提供依據。
　　 研究表明，采用本文方法對斜拉橋進行靜力行為和面內整體穩(wěn)定性分析，具有概念明確，通用性強，結果安全可靠等特點，說明能量法與有限元一樣，是一種具有良好發(fā)