环形塔自锚式悬索桥的受力分析与桥塔稳定性研究

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自锚式悬索桥大多是景观桥梁,而桥塔的形式变化不大。本文以某座新颖的环形桥塔自锚式悬索桥为依托,对其施工和成桥的主要的受力特性进行研究。(1)采用ANSYS有限元软件,通过建立塔梁整体结构有限元模型和临时支撑约束条件,模拟分析计算塔梁整体顶推施工过程中的结构力学行为。分析计算表明:尽管钢结构加劲梁截面的最大应力交替变化,但其最大应力满足规范要求;考虑顶推过程中的风荷载作用,简化分析计算其横向抗倾覆具有较大的安全富余;(2)采用Midas Civil有限元建立环形塔自锚式悬索桥的整体有限元模型,分析计算在恒载与活载作用下的结构内力、变形和应力。分析计算表明:桥面之上部分的圆形桥塔的受力类似于圆弧拱,使得在加劲梁连接处产生推力,使中间跨加劲梁承受轴拉力;桥面之下部分的两个对称圆形桥墩的受力类似于受轴力作用的固端梁,使在连接加劲梁和承台基础的两端产生负弯矩,而其中间区域为正弯矩;加劲梁的受弯类似于三跨连续梁,中间加劲梁轴向受拉,而边跨加劲梁为轴向受压。环形塔自锚式悬索桥的塔梁连接位置受力复杂,该区域应力最大,在设计时应重视并对该部位进行加强;(3)通过对拟定的三个吊杆张拉方案的对比分析,确定了最优的张拉方案。在此基础上,通过对张拉吊杆的无应力索长、主缆的空缆坐标计算和索力、变形及应力的监测,使该桥梁的成桥索力与线形满足了设计要求;(4)推导基于能量法原理的环形塔侧倾失稳临界荷载公式,与有限元计算结果进行比对验证;还利用Midas Civil有限元对环形塔裸塔侧倾稳定的影响因素进行分析;同时对桥梁整体的在五种不同工况作用下的屈曲模态进行了分析计算。
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