大跨径斜拉桥结构稳定性分析

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斜拉桥作为当前跨越大江大河的主要桥型,由于其基本设计理论和施工技术的日渐成熟,越来越受到工程界的青睐。随着近年来高强材料的不断普及和施工设备以及施工技术的进步,斜拉桥的跨径记录也不断被刷新。随之而来的问题也越发突出,由于桥梁专用电算软件的成熟,大型斜拉桥的常规静力、动力计算已经基本没有技术障碍。但为了使斜拉桥的跨径增大,其主塔就变得越发的高耸挺拔,主梁也在往轻质薄壁方向发展。大跨径斜拉桥的稳定问题就变得十分突出,虽然在桥梁工程事故成因中结构失稳问题占比不是很高,但国内外也出现过几例典型桥梁失稳事故,斜拉桥稳定性问题在设计施工中还应加以重视。作为本文的研究背景某长江公路大桥是武汉市四环线跨越长江的控制性工程之一,主跨760m双塔5跨连续半漂浮体系钢斜拉桥,稳定问题比较突出。对此特大桥的稳定性分析能对该桥施工和运营阶段的结构稳定性做出定量评价,查看各阶段稳定性富余量。介绍了本文的理论研究背景结构稳定理论中的第一类稳定理论和第二类稳定理论。解释了两类稳定问题的划分依据、本质区别,同时论述了两种稳定理论对应的稳定系数求解方法及斜拉桥稳定的影响因素、评判标准。通过Midas Civil有限元软件对工程背景斜拉桥按施工流程建立含131个施工阶段的空间计算模型,从中提取裸塔状态、最大双悬臂状态、边跨合拢状态、最大单悬臂状态、跨中合拢状态和成桥状态六种典型工况并进行稳定性分析。首先,在六个典型工况下通过屈曲分析求解该桥的屈曲模态及第一类稳定系数;其次,通过非线性分析模块求解各阶段控制点荷载—位移曲线及失稳模态,由曲线推出相应阶段失稳临界点和极限荷载,求得几何非线性稳定系数。最后;对两部分稳定分析结果进行分析,并对该桥稳定性做出评价。
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