摘 要

近些年，伴随我们国家交通事业迅猛发展，建成的大跨度桥梁越来越多，由此应运而生的矮塔斜拉桥得到了广泛发展和关注。它具有的结构特性是桥塔偏矮、梁体刚度较大、拉索安置集中。其性能在连续梁桥和斜拉桥之间，兼具构造优美、跨度设计灵活、施工工艺简便、造价合理等优点。

本文工程背景是乌海黄河特大桥，该桥是位于内蒙的一座双塔单索面矮塔斜拉桥，主跨设置为（120 220 120）米。此毕业设计采用地是MIDAS /Civil 2015有限元分析软件来开展建模计算工作，分析研究了整体/局部温差、斜拉索索力、结构自重、刚度等对该桥结构受力性能产生的影响。同时还探讨了此桥的结构自振频率及振型，探究了矮塔/部分斜拉桥的动静力特征。因为目前对于矮塔/部分斜拉桥的受力性能影响的分析研究较少，故而此论文的工作对其发展及理论完善具有一定意义。

此次计算分析得到的结论有：该桥静力分析满足规范要求；不同的温度荷载对结构的挠度或截面应力有不同较大的影响；梁段自重增加会使结构跨中产生更大挠度，跨中弯矩也会更大；刚度变化结构特性也会产生变化，但效果不显著；波及整座桥的自振频率和振动特性的主导因素为主梁刚度。此桥动力计算结果表明，该矮塔斜拉桥的第2阶振型中表现的竖向振动是主跨的竖向振动，第3阶振型表现的竖向振动则是边跨的该桥面内基频小于面外基频，说明此桥主塔柔且主梁刚，与矮塔/部分斜拉桥的结构特性相一致。

关键词：矮塔斜拉桥；动静力分析；反应谱；主梁应力；位移；

Abstract

In recent years, with the rapid development of China's transportation infrastructure, a growing number of long-span bridges have been built. Thus Extradosed Cable-stayed Bridge which came into being with it has been concerned and developed widespreadly. It has many features, such as shorter pylon,larger main beam stiffness, and stay cables are arranged centrally. Structural performance of Extradossed Cable-stayed Bridge is between continuous beam bridge and cable-stayed bridge, with the advantage of the beautiful structure, the flexible span arrangement , simple construction and economical cost.

The super large bridge over Yellow river at Wuhai is the background of this project ,which is an Extradosed Cable-stayed Bridge with two towers and single cable plane in Inner Mongolia, the span arrangement of the main bridge is （120 220 120）m. This paper used the structure calculation software MIDAS/CIVIL 2015 to set up the finite element model, and analyze the influence that the whole/local temperature, cable force, weight, stiffness, etc. is do on the mechanical properties of the structure. It also studied the structure natural frequency and vibration mode of this bridge , and explored its dynamic and static characteristics. At present, the studies on the influence of some load parameters on the mechanical properties of the cable-stayed bridge are few, so these analyses are of importance for the development and theory of the Extradosed Cable-stayed Bridge.

The calculation and analysis conclusions in this paper include: The static analysis of the bridge meets the standard requirements;The different temperature loads have different influences on the deflection or the section stress of the structure; The increase of the beam’s weight can cause more deflection and moment in the span of the structure; The structural characteristics will change with the stiffness change, but the effect is not significant；The stiffness of the girder plays an dominated role in affecting the natural frequency of the whole bridge.The results of dynamic calculation show that the vertical vibration in the second mode is the main span and the vertical vibration in the third mode is the fringe span.The frequency on the surface of the bridge is less than that out of the surface. It is proved that the main bean of the bridge is rigid while the cable is flexible, which conform to the structural characteristics of Extradosed Cable-stayed Bridge .

Key words: Extradosed Cable-stayed Bridge；static and dynamic analysis；response spectrum；stress of main beam;displacement

目 录

学位论文原创性声明 I

学位论文版权使用授权书 I

摘要 II

Abstract III

第1章 绪论 1

1.1 斜拉桥的发展概况 1

1.2 矮塔斜拉桥的特点及发展现状 2

1.3 本文研究的主要内容 4

第2章 工程背景及结构分析方法 6

2.1工程背景--乌海黄河特大桥 6

2.1.1工程概况 6

2.1.2技术标准及采用的规范 6

2.1.3 设计要点 8

2.2结构的分析方法 12

2.2.1 桥梁结构分析常用的方法 12

2.2.2本文采用的技术方案 13

第3章 有限元模型的建立与静力分析 14

3.1有限元模型的建立 14

3.1.1 有限元模型 14

3.1.2 边界条件 15

3.1.3 荷载处理 15

3.2 静力计算与分析 16

3.2.1 温度影响 16

3.2.2 斜拉索索力影响 20

3.2.3 自重影响 21

3.2.4 刚度影响 23

第4章 动力分析与地震响应 25

4.1 乌海黄河特大桥振动特性 25

4.1.1桥梁动力特性分析常用的方法 25

4.1.2乌海黄河特大桥的自振频率及振型 25

4.2 地震响应分析 28

4.2.1桥梁结构地震分析常用的方法 28

4.2.2乌海黄河特大桥的反应谱分析 29

第5章 结论与展望。 33

5.1结论 33

5.2 展望 33

参考文献 34

致谢 35

第1章 绪论

1.1 斜拉桥的发展概况

斜拉桥亦可称为斜张桥，是支承结构承拉、桥面结构承压的一类结构形式，其中桥面结构采用加劲梁组成，支承结构采用斜拉索构成^[1]。其创想起于十九世纪，由于彼时材料性能有限，在筑成不久之后就被淘汰了。直至上个世纪五十年代，伴随电脑、正交异性钢板梁及高强度钢丝等地泛起，斜拉桥这类桥梁类型才再次得到重视和发展^[2]。斜拉桥为一种组合受力结构，它是利用诸多斜拉索把主梁固拉在主塔上，从受力来说可以将每一根索看作为一个铰支座。其主体部分由主梁、桥塔及拉索三部分构成。其中，桥塔是承受压力的主体，斜拉索为承拉结构，梁体则主要是承担弯矩，另外外荷载基本上为斜拉索和主梁所承担，且拉索会把力传到桥塔。主梁被各斜拉索吊起，这类似于在梁体内布置了很多支撑点，从而能将其视为是用斜拉索替代支墩的多跨弹性支承连续梁^[3]。此类桥梁体系对于削弱梁内弯矩效果显著，继而可以缩小主梁高度和体系自重，节约材料，从而便于斜拉桥往大跨度方面扩展。与悬索桥相比，斜拉桥有较大的刚度，并且在抵抗地震、风荷载、竖向活载等的作用方面占优势。正是因为斜拉桥成本合理且结构刚度大，故迅速在全球得到了推广，跨度也越来越大。现代斜拉桥具有的优良经济技术指标、较大跨越障碍物的能力和优雅的美学价值等优点，使其在现今桥梁结构中位居举足轻重，在近五十年来发展迅猛。