超大跨度斜拉桥几何非线性及随机模拟分析 -中国道桥网

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资料名称:	超大跨度斜拉桥几何非线性及随机模拟分析
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上传时间:	2009/4/27
资料类别:	教育考试
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梁鹏. 超大跨度斜拉桥几何非线性及随机模拟分析[D]. 上海：同济大学，2004.

在斜拉桥几何非线性分析的精度与效率方面，该论文的成果远远超过了midas/Civil、TDV等软件。
CNKI上不能检索到该论文，特奉献出原版。

摘 要
斜拉桥的跨度记录正向1000 m大关冲刺。当斜拉桥进入超大跨度范围后，几何非线性问题更加突出，桥梁工程界迫切需要更精确的理论和方法来彻底理解和精确预测结构响应。本文围绕超大跨度斜拉桥几何非线性及随机模拟分析而展开。
(1) 结构几何非线性分析方面。定性地明确TL、UL和CR列式的性能差异和适用范围，详细介绍了切线刚度矩阵、节点荷载、单元荷载、单元抗力的各种处理方法。着重论述了作者推崇的 CR列式全量法，它的主要特点是在CR坐标系下精确扣除单元刚体运动和基于整体平衡条件而不是增量平衡条件计算单元抗力，这使得能够取消增量步内为小转动的限制和避免误差累积，具有极高的精度和效率。
(2) 斜拉索分析理论及特性研究方面。基于悬链线索单元理论，提出全套斜拉索计算的方法体系。它可以精确统一地求解几乎所有的斜拉桥单索静力问题，可以方便地将悬链线索单元引入斜拉桥分析。基于悬链线索单元理论，并与等效模量法对比，分析了不同长度、不同应力水平的斜拉索特性。研究表明，对于水平长度超过300～400 m的斜拉索，非线性影响将急剧增大，采用等效模量法模拟斜拉索将引起很大误差。增加荷载步个数可以减小某些误差，而有些误差即使增加荷载步个数也无法减小。
(3) 超大跨度斜拉桥几何非线性分析方法及软件开发方面。介绍桥梁结构几何非线性分析的原理，提出利用CR位移求梁单元无应力构形的方法，比较基于CR全量方法和常规增量方法考虑桥梁施工过程的不同之处。将CR全量法引入多阶段、多工况的桥梁结构分析，不但精度和效率高，而且使得单元增减、约束增减、斜拉索张拉等工况的分析更为简便统一。以Access为核心数据库支撑，以AutoCAD为图形系统支撑，研制开发出全新的超大跨度斜拉桥分析软件 — Bridge Master。由于采用核心数据库系统，对开发者来讲，实现了数据与代码分离；对用户来讲，可以满足各种查询要求，如查看效应的时空演变和时空包络。Bridge Master的强大功能为以后的研究工作奠定了坚实的基础。
(4) 超大跨度斜拉桥几何非线性分析方面。基于CR列式全量法和悬链线索单元，建立精细的几何非线性分析模型，详细分析了苏通大桥的力学行为和几何非线性影响，包括施工阶段效应增量、施工阶段效应时程、施工阶段效应包络、恒载效应、活载效应以及无应力构形。研究表明，虽然常规方法引起的恒载应力误差不超过10%，但对构形有很大影响，主梁成桥标高相差达到0.5377 m，施工控制时应该采用精细的分析方法。虽然苏通大桥的结构无应力构形与设计构形相差较大，但由于密索体系斜拉桥的恒载弯矩较小，短线法预制只需考虑单元长度修正，无需考虑角度修正。切线拼装的误差随悬拼急剧放大，完全按无应力控制法进行斜拉桥施工控制需慎重。
(5) 超大跨度斜拉桥力学性能方面。研究了主梁、主塔抗弯刚度对苏通大桥整体力学性能的影响。研究表明，施工阶段结构局部受力特征明显，主梁刚度对施工阶段位移增量有很大影响；成桥阶段结构以整体受力为主，大跨度斜拉桥成桥阶段的竖向刚度主要由梁、索、塔组成的巨大的三角桁架体系提供，梁、塔构件本身的刚度对结构竖向刚度影响很小。
(6) 超大跨度斜拉桥施工过程随机模拟方面。采用Monte Carlo与有限元相结合的方法，将梁段自重、张拉索力看成随机变量，进行苏通大桥施工过程随机模拟，研究恒载效应的频度、均值和标准差。研究表明，梁段自重、张拉索力变异对钢主梁斜拉桥恒载应力的影响不如对混凝土主梁斜拉桥那么明显，但其对恒载构形的影响不可忽略。

关键词：斜拉桥，超大跨度，几何非线性，随机模拟，施工过程，有限单元法，CR列式，不平衡力，悬链线索单元，无应力构形，软件开发，Automation，数据库，Access，AutoCAD，时空演变，时空包络，Monte Carlo，施工精度控制