应力带桥的设计方法研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:binhaiwz_2009
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本文对比了挠度理论和等代简支梁理论计算方法的假定、理论和优缺点,提出了计算精度高、概念明确、计算过程简单的简化计算方法。建立了两种有限元计算模型,并讨论了计算分析过程中的策略。在详细分析结构静动力性能的基础上,对结构参数影响进行了分析,并对结构的初步设计提出了一些建议。主要工作如下: (1)介绍了应力带桥的施工步骤、方法和受力过程,考虑到结构成形过程中各部件参与工作的先后顺序不同,提出应结合施工过程进行内力计算的观点。讨论并推导了结构在施工阶段和使用阶段下的静力理论分析方法及其解析解。施工阶段的分析方法为柔索理论,使用阶段的静力理论主要有挠度理论和等代简支梁理论。挠度理论计算精度高,但是计算过程非常复杂;等代简支梁理论计算简便,但是未考虑到结构大变形效应,分析结果误差很大。由于两种方法各有优劣,因此本文结合应力带桥的受力特性提出了简化计算方法,并且充分考虑了结构的几何非线性特征,分析结果表明该方法计算精度很高,而且计算非常简便。 (2)对应力带桥的有限元建模、计算策略进行了研究。通过一个80m跨的应力带桥的算例,运用ANSYS有限元软件建立了两种有限元模型——梁板模型和鱼骨梁模型,将理论计算结果和有限元分析结果进行了比较,发现两者在相同荷载工况下的分析结果很吻合,说明本文所提出的建模计算策略是可行的,具有较高的精度。此外,运用有限元模型分析了应力带桥在多种荷载工况下的变形和内力,从而对结构的静力性能有了更好的认识。 (3)针对应力带桥的动力特性,探讨了结构在自重和预应力作用下的振动频率的计算,分析了人行荷载下的激励振动特点。通过两个算例分析了结构的自振频率和模态,分析结果表明应力带桥的第一阶自振频率比较小,避开了人行振动频率,因此结构不会发生共振。同时,预应力对结构振动频率和模态的影响都很小。 (4)分析了几何参数(初始矢高、初始矢跨比、桥面板板厚)、材料参数、荷载参数(预应力大小)和边界条件对应力带桥的静动力性能的影响。在此基础之上,根据本文的设计控制目标,提出了一些初步设计的建议。
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