有背索单斜塔斜拉桥受力特性分析及结构优化

• 作 者: 尹开川
• 出 处: 西南交通大学
• 发表日期: 2016年期
• 关键词: 斜拉桥 单斜塔 合理成桥状态 索力优化 二次优化 结构参数

随着桥梁结构分析理论和建造技术的发展,有背索单斜塔斜拉桥成为了城市桥梁设计中的优选桥型,其造型优美,极具张力,充分体现城市的朝气与活力。有背索单斜塔斜拉桥虽然在视觉美感上给人享受,但结构内力状态却成为设计者所要面临的挑战,此时如何选择结构设计参数成为关键问题。本文以绵阳荷花大桥为研究背景,通过建立有背索单斜塔斜拉桥的空间有限元模型,对桥梁的成桥阶段进行分析。成桥阶段主要考虑恒载、活载和温度作用及其荷载组合对全桥产生的效应。本文将影响矩阵法与MATLAB二次优化方法相结合,对有背索单斜塔斜拉桥索力优化和合理成桥状态进行研究。优化方法为以主梁和钢桥塔拉压及弯曲应变能为目标函数,同时考虑活载对主梁和斜拉索应力的效应,将其约束在合理范围,将索力优化问题转化为求解有约束的二次规划问题。本文将索力优化分为初步优化阶段和最终优化阶段。由于斜拉桥为多次超静定结构体系,一旦斜拉索索力改变,结构会对其做出响应,影响全桥结构受力状态。斜拉桥在进行设计参数对比时,以整体结构受力为目标,在满足约束条件的优化索力作用下,对结构整体的受力状态进行对比。基于此桥的特点,本文研究了边跨压重范围和集度、梁塔刚度比及主塔倾角对结构静力特性的影响。通过计算可得出,当压重范围较小,压重集度的增加对结构受力是有利的,当压重范围较大,压重对结构受力先呈有利趋势变化后变为不利趋势变化;钢桥塔应变能和梁弯矩平方和随着梁塔刚度比的增加而增加；结构应变能随着梁塔刚度比的增加,先减小后增大。主梁应变能、钢桥塔应变能和结构应变能均随着桥塔倾角的增加先减小后增大,主梁弯矩平方和与钢桥塔弯矩平方和均随着桥塔倾角的增加先减小后增大。