多塔柱混凝土矮塔斜拉橋結構研究.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，具有經濟、美觀、施工難度低、跨徑布置靈活等優(yōu)點，出現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，總結現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合ANSYS參數化建模的索力優(yōu)化實現方法，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、可以確定結構的破壞形式和破壞位置，得到結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。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五參數破壞準則建立兩種三維實體有限元模型，分析結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構抗彎極限承載力，并與現行橋梁設計規(guī)范(JTG D62-2004)方法的計算結果進行了對比分析。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％。兩種有限元分析結果與規(guī)范方法計算值吻合較好，進而間接地驗證了數值模擬方法和計算結果的正確性;該橋結構在活載系數小于3時基本處于彈性狀態(tài);中跨跨中加載為該橋安全系數最小的工況，其安全系數為2.08。
　　第三，索塔索鞍是結構關鍵構件和部位，索鞍下的混凝土受力呈現復雜的空間應力狀態(tài)?；跀U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值模擬分析。數值分析表明，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在索鞍的角隅處，數值為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據與計算結果總體吻合較好，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，橋梁結構處于安全范圍內。
　　成橋實驗是對橋梁設計、施工質量的檢驗。通過成橋荷載試驗可以評價橋跨結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