大跨度结合梁斜拉桥有限元模型的斜拉索索力调整研究开题报告

全文总字数：5136字

1. 研究目的与意义（文献综述）

1980年，德国桥梁专家Friz Leonhardt在美国佛罗里达州的Sunshine Skyway桥的招标方案中首次提出现代结合梁斜拉桥的概念。1987年建成的加拿大Alex Fraser桥也采用结合梁斜拉桥的形式，主跨465m，是当时世界上跨度最大的结合梁斜拉桥。我国修建的第一座结合梁斜拉桥是主跨为423m的上海南浦大桥。结合梁斜拉桥是在钢桥和混凝土桥的基础上发展形成的一种新型桥梁，与钢结构斜拉桥相比，结合梁斜拉桥有着降低造价，稳定性强，防火性好，避免桥面板疲劳等优点；与混凝土斜拉桥相比，它有着缩短工期，充分发挥混凝土受压性能良好的特点，减小自重及地震作用，以及增强结构延性等优点。正因为这些优点，近40年来结合梁斜拉桥在国内外快速发展。结合梁斜拉桥的发展离不开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，有限单元法的关键是将工程实际结构离散化为若干个单元，通过力学的变分原理去建立有限元方程，计算后的结果再指导工程实践。对于结合梁斜拉桥，无论是施工监控计算还是长期健康监测系统中传感器阈值计算，都需要针对斜拉桥基准有限元模型进行调索计算，因此调索计算分析具有较重要的基础性意义。斜拉桥结构体系主要是由桥塔、主梁和斜拉索组成。其中斜拉索的作用有两个：一是把主梁自重及其承担的荷载传递到桥塔上去，二是调整主梁和桥塔的内力分布和线形（线形指结构的几何形状和位置）。因此，斜拉索的拉力（称为索力）大小和分布规律对结构内力和线形起决定性作用。而所谓的调索就是指在原有状态基础上对斜拉索的索力进行调整，在斜拉桥施工过程中，由于各种误差的存在，实际结构的内力和线形不可能跟事前进行的理论计算完全一致，因此需要在施工过程中通过改变索力来调整结构内力和线形，克服上述误差影响；同时由于斜拉桥大多采用分阶段施工方法，施工过程中的结构体系与成桥后的结构体系不同，所要求的索力也不同，因此有时需要在接近成桥阶段的适当时机进行调索，以适应成桥阶段的要求。

本文利用有限元软件midas civil建立赤壁长江大桥空间整体有限元模型并合理施加边界条件，定义恒载与各活载工况进行荷载组合，再针对典型的荷载组合分析结构响应规律，用影响矩阵法进行赤壁长江大桥的调索计算分析，获得基准有限元模型，使赤壁大桥的位移、内力状态最大程度逼近设计成桥状态。本文具有较大的理论意义与实际意义。

2. 研究的基本内容与方案

工程概况:湖北省赤壁市赤壁长江大桥是构建天门至赤壁的过江通道，是天门至赤壁一级公路的关键性控制工程。主桥为结合梁斜拉桥，采用半漂浮结构体系，跨径布置为（90 240 720 240 90）m，全长1380m。主梁采用双边箱梁组合截面，梁宽36.5m，梁高3.8m。索塔采用H型钢筋混凝土结构，洪湖侧高217.33m，赤壁侧高223m，索塔基础采用整体式群桩基础。建成通车后，赤壁长江大桥是世界上跨度最大的结合梁斜拉桥。

本文基于赤壁长江大桥工程图纸，得到实际工程结构与构造，使用有限元软件midascivil建立计算模型并施加边界条件。结合工程实际工况条件，定义自重、二期荷载、索塔预应力、车辆荷载、温度荷载与风荷载等，计算分析赤壁长江大桥在各荷载下的位移、应力、索力与内力（弯矩、剪力与轴力），分析结构响应的分布规律。选择合适参考量作为目标函数，通过调索前后的变化得到影响矩阵，用影响矩阵和索力施调向量等表示调索后的目标函数，并使其满足特定的条件，这样便得到相应的最优索力方程。

3. 研究计划与安排

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 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.

[2] 蒋丽忠, 余志武, 李佳. 均布荷载作用下钢-混凝土组合梁滑移及变形的理论计算[j]. 工程力学, 2003, 20(2): 133―137.

[3] 重庆交通科研设计院，公路斜拉桥设计细则(jtgd65-01-2007)[s]，人民交通出版社, 2007.