大跨度拱桥拱肋吊装仿真计算与抗震分析-防灾减灾工程与防护工程专业论文.docx

硕 士 学 位 论 文 大跨度拱桥拱肋吊装仿真计算与抗震分析 Simulation Calculation of Arch Rib Hanging Construction and Aseismic Analysis of Large Span Arch Bridges 作 者 姓 名： 丁 琦 学科、专业 ： 防灾减灾工程与防护工程 学 号 ： 03100 指 导 教 师： 虞庐松教授 完 成 日 期： 2006 年 4 月 兰 州 交 通 大 学 Lanzhou Jiaotong University 摘 要 近年来，随着我国大跨径拱桥的不断发展，拱肋无支架缆索吊装的施工方法得到了 越来越多的应用，而拱肋的合理成拱状态的计算也越来越成为施工控制的关键。大跨度 拱桥的拱肋吊装是一个复杂的过程，为了保证最终的成桥线形和受力状态满足设计要 求，需要采用施工控制仿真计算。而且大跨度拱桥作为生命线工程之一，它的破坏会造 成震后救灾工作的巨大困难，使次生灾害加重，因此，对大跨度拱桥进行抗震分析是十 分必要的。 本文以某大跨外倾拱桥为工程背景，进行了以下工作： （1）以大型分析软件 ANSYS 为平台，采用正装分析法，模拟拱桥拱肋的吊装过程， 编制相应的 ANSYS 命令流程序。 （2）将“单元生死技术”引入到拱桥施工过程的模拟分析中，一次性建好全桥吊 装结构模型。在以后每阶段的结构分析中，通过生死开关来杀死或激活相应的施工节段， 以此来实现对整个施工过程的模拟计算。 （3）针对千斤顶斜拉扣挂体系调索次数与方法限制的难题，将最优化计算理论引 入到拱桥拱肋吊装计算中，采用一阶分析法来确定拱桥的合理施工状态，求出各施工状 态的扣索索力和拱肋吊装高度，模拟拱肋的拼装过程。 （4）在基于优化理论计算合理扣索力的基础上，利用修改目标函数，研究扣索用 料最少的扣索优化设计。 （5）针对该大桥，建立合理的计算模型，分析结构体系的动力特性，并采用反应 谱法和弹性时程分析法对该桥进行抗震分析。 得到以下一些主要结论： （1）将“单元生死技术”引入到大跨度拱桥拱肋施工过程的模拟分析中，解决了 计算分析中繁琐的反复建模问题，从而使得该桥的施工控制结构分析过程程序化、简单 化。 （2）将最优化的计算理论引入到大跨度拱桥拱肋节段吊装及拱肋线形和内力调整 的扣索索力计算中，所计算出的索力能确保结构的受力状态始终处在安全范围内，架设 和调整后的拱肋线形符合设计期望，而且索力的计算精度较高，能直接作为施工控制依 据，避免了施工中繁琐的调索工作。 （3）利用多步优化计算方法，既有效的确定拱肋的合理拱轴线形，同时节省了扣 索用料，减小了施工费用，获得了更佳的经济效益。 （4）建立了某大跨度外倾拱桥的动力计算模型，分析了该桥的动力特性，并利用 I 反应谱方法和弹性时程法计算了该桥各主要截面的地震力。 关键词：大跨度拱桥；拱肋吊装；仿真计算；抗震分析 论文类型：应用研究 II ABSTRACT Along with the ceaseless development of large span arch bridges in our country，cable hanging construction without scaffolding of arch rib obtains more and more applications in recent years, and the analysis of reasonable arch rib closure state also more and more becomes the key of the construction control. The arch rib hanging construction of large span arch bridge is a complex process, in order to guarantee the final bridge line-shape and the forcing condition satisfying the design request, it needs to use the construction control simulation calculation. As one of lifeline projects, the destruction of large span arch bridges creates huge difficulty to earthquake relief, aggravates parasitic infestation, so it is very necessary to