索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響

1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響姓名：楊新剛申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：碩士專(zhuān)業(yè)：防災(zāi)減災(zāi)工程及防護(hù)工程指導(dǎo)教師：周晶;馮新20090601大連理二大學(xué)碩七學(xué)位論文摘要不論是分析橋梁的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，還是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)橋梁的健康狀態(tài)，一個(gè)準(zhǔn)確和有效的“基準(zhǔn)”有限元模型都是不可缺少的。但由于多年使用，一些斜拉橋的結(jié)構(gòu)、材料等都已經(jīng)發(fā)生變化，僅依靠設(shè)計(jì)資料不能建立完全反映實(shí)際結(jié)構(gòu)狀態(tài)的模型，所以要依照現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果將初始有限元模型修正為符合現(xiàn)階段實(shí)際情況的有限元模型。對(duì)于部分拉索已經(jīng)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)的斜拉橋，還要用數(shù)值模擬來(lái)研究索力調(diào)整的方法。同時(shí)，斜拉索由于銹蝕的影響壽命多在年以下，在使用過(guò)程中，如

2、果某一根斜拉索失效則很可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭到災(zāi)難性的破壞，因而有必要對(duì)拉索失效或者在維持正常交通的情況下更換斜拉索的安全性進(jìn)行研究。本文針對(duì)上述問(wèn)題，主要做了以下內(nèi)容：（）介紹了國(guó)內(nèi)外斜拉橋領(lǐng)域研究的現(xiàn)狀和存在的一些問(wèn)題。以黃河勝利大橋?yàn)楣こ瘫尘?，?jiǎn)要介紹了橋梁檢測(cè)的理論、方法和數(shù)據(jù)處理方法。（）用通用軟件的二次開(kāi)發(fā)功能開(kāi)發(fā)了索力修正程序，并使用在黃河勝利大橋的模型修正上。根據(jù)勝利大橋設(shè)計(jì)資料建立了該橋初始有限元模型，在此過(guò)程中分析了斜拉橋各種結(jié)構(gòu)體系的特點(diǎn)和模型簡(jiǎn)化方法。建模過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，施工順序?qū)Τ蓸驙顟B(tài)也有著很大影響。本文通過(guò)特有的單元生死功能模擬了施工順序，研究了它對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的影響。（）初始模

3、型修正以現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)各級(jí)加載工況下?lián)隙?、索力的變化情況作為控制目標(biāo)，最終建立了能夠反映撓度變化、索力變化的全三維基準(zhǔn)有限元模型。以該基準(zhǔn)模型為基礎(chǔ)，分析了橋面撓度對(duì)索力變化的敏感性，進(jìn)而對(duì)索力進(jìn)行了優(yōu)化，調(diào)整了斜拉橋的線形和索力，為今后斜拉橋的索力優(yōu)化和改善整座橋的工作情況提供了理論參考依據(jù)。本文在基準(zhǔn)有限元模型的基礎(chǔ)上還分析了拉索失效對(duì)斜拉橋承載能力和工作狀態(tài)的影響。分別模擬了根索各自失效的情況，并比較了失效前后橋梁的靜、動(dòng)力特性變化情況。本文的研究對(duì)于斜拉橋換索工程及特殊情況下拉索失效時(shí)橋的工作狀態(tài)分析提供了參考資料。（）介紹了勝利大橋自身動(dòng)力特性情況，為今后整座橋梁的健康狀態(tài)監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

4、關(guān)鍵詞：；索力優(yōu)化；施工順序；線形大連理大學(xué)碩十學(xué)位論文，”，：（），。（），（），）：（，：；大連理工大學(xué)學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明作者鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行研究工作所取得的成果。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用內(nèi)容和致謝的地方外，本論文不包含其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表的研究成果，也不包含其他已申請(qǐng)學(xué)位或其他用途使用過(guò)的成果。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的貢獻(xiàn)均已在論文中做了明確的說(shuō)明并表示了謝意。若有不實(shí)之處，本人愿意承擔(dān)相關(guān)法律責(zé)任。學(xué)位論文題目：作者簽名：！塞左盎絲煎紐蕉籃簽慳經(jīng)丞盤(pán)鑫乏為砬丞盈窶筮幽日期：竺年工月二日大連理大學(xué)碩士學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授

5、權(quán)書(shū)本人完全了解學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于大連理工大學(xué)，允許論文被查閱和借閱。學(xué)校有權(quán)保留論文并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印、或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文題目：作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期：型年月上日日期：埤年上月亞日大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論概述斜拉橋發(fā)展概述自世紀(jì)年代以來(lái)，在世界各地相繼興建了許多大型橋梁工程，橋梁跨徑的世界記錄不斷被刷新，這些橋梁投資巨大，不僅是交通運(yùn)輸線上的關(guān)鍵設(shè)施，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展起著舉足輕重的作用。而且，因?yàn)樵O(shè)計(jì)

6、上的輕柔美觀，有些已作為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性景觀建筑，成為城市的代名詞。隨著設(shè)計(jì)理論的完善、施工技術(shù)的改進(jìn)和新材料的應(yīng)用，斜拉橋己成為大跨度橋梁的首選橋型之一。斜拉橋（）是一種造型獨(dú)特的橋梁結(jié)構(gòu)形式，由向上匯聚于主塔的斜拉索支承著橋面主梁】。斜拉橋以其獨(dú)特美觀的外形及具有的巨大跨越能力和相對(duì)良好的空氣動(dòng)力穩(wěn)定性，使得其在橋梁工程界得到越來(lái)越多的推廣應(yīng)用，在跨江過(guò)海的交通要道上扮演著重要的角色。表目前世界上已建的座跨度最大的斜拉橋我國(guó)具有幾千年的橋梁建筑史，趙州橋等石拱橋舉世聞名，雖然斜拉橋在我國(guó)起步較晚，但是發(fā)展迅速。在經(jīng)過(guò)年的發(fā)展，目前我國(guó)已建成的跨徑大于的各種類(lèi)型斜拉橋就有多座，其中跨徑超過(guò)的斜拉

7、橋有余座，迄今為止世界上己建成的】座跨度最大的斜拉橋就有座屬于中國(guó)，江蘇蘇通長(zhǎng)江公路大橋和香港昂船洲大橋是目前世界上唯一兩座主跨跨越的斜拉橋，其工程規(guī)模、科技含量、建設(shè)標(biāo)索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響準(zhǔn)都是中國(guó)和世界橋梁史上一個(gè)新的里程碑。這一切充分表明我國(guó)的斜拉橋建設(shè)水平己跨入世界先進(jìn)行列。斜拉橋主要特點(diǎn)斜拉橋是由梁、塔和拉索組成的組合體系橋梁。它的基本受力特點(diǎn)是：受拉的索將主梁多點(diǎn)吊起，并將主梁的恒載和車(chē)輛等其它荷載傳至塔柱，再通過(guò)塔柱基礎(chǔ)傳至地基。塔柱基本上以受壓為主。跨度較大的主梁就像一條多點(diǎn)彈性支承（吊起）的連續(xù)梁一樣使主梁內(nèi)彎矩大大減小，梁體高度降低，減輕了結(jié)構(gòu)自重，節(jié)省了材

8、料，同時(shí)受到斜拉索水平分力預(yù)壓應(yīng)力作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受壓構(gòu)件。在豎向荷載作用下，主梁以受彎為主，塔以受壓為主，斜拉索承受拉力。梁、塔和索的材料性能能得到較充分的發(fā)揮。斜拉橋?qū)俑叽纬o定結(jié)構(gòu)，主梁所受彎矩大小與斜拉索的初張力密切相關(guān)，存在著一定的最優(yōu)索力分布，使主梁在各種狀態(tài)下的彎矩（或應(yīng)力）最?。核倪m應(yīng)性強(qiáng)，實(shí)用跨徑為，目前我國(guó)蘇通長(zhǎng)江大橋跨徑為，為世界第一大跨徑。除此之外，斜拉橋結(jié)構(gòu)是逐步形成的，結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)具有歷時(shí)性，因此，結(jié)構(gòu)的計(jì)算圖式、幾何特性、邊界條件等的描述與結(jié)構(gòu)分析結(jié)果的正確與否關(guān)系十分密切。斜拉橋基本承載構(gòu)件斜拉橋基本承載構(gòu)件由主梁（橋面）、拉索、橋塔三部分

9、組成。斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，主梁和橋塔是主要承重構(gòu)件，通過(guò)斜拉索組合成整體結(jié)構(gòu)。由于拉索的支承，斜拉橋主梁具有跨越能力大、截面高度小和能夠借助拉索的初應(yīng)力對(duì)主梁內(nèi)力進(jìn)行調(diào)整等特點(diǎn)。主梁有輕型化發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于密索體系，高跨比可小于，有的甚至達(dá)到。目前斜拉橋主梁主要有預(yù)應(yīng)力混凝土主梁、疊合梁、混合梁和正交各向異性箱梁四種型式。斜拉橋橋塔除承受自重外，還將由拉索傳遞來(lái)的主梁的恒、活載傳至基礎(chǔ)，并承受拉索水平分力引起的塔柱彎矩和剪力，是斜拉橋重要受力構(gòu)件。順橋向經(jīng)常采用的主塔結(jié)構(gòu)形式有單柱式、字形和倒形等；橫橋向斜拉橋主塔形式有柱式、門(mén)式、形、倒形及菱形、花瓶形等。拉索在空間的布置型式分為單索面和雙

10、索面兩種，而雙索面又可分為豎直雙索面和傾斜雙索面。拉索在索面內(nèi)的布置型式應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)總體構(gòu)思、受力情況及美學(xué)要求等因素確定，通常選用三種基本型式：輻射型、豎琴形及扇形。山東黃河勝利大橋斜拉索為空間扇形雙索面體系。斜拉橋研究?jī)?nèi)容及方法由于目前的研究重點(diǎn)放在橋梁的承載能力方面，可采用的研究方法主要是靜態(tài)分析一一大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文方法和動(dòng)態(tài)分析方法【。靜態(tài)分析是計(jì)算橋梁在承受自重、汽車(chē)靜載及附屬設(shè)備重量時(shí)的安全性，主要是用于設(shè)計(jì)、竣工驗(yàn)收等的初步計(jì)算，在穩(wěn)定性分析中一般不作為研究重點(diǎn)。也是典型的橋梁承載能力評(píng)估方法，其思路是以設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)構(gòu)分析、工程經(jīng)驗(yàn)判斷和現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范相結(jié)合為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)橋

11、的無(wú)損檢測(cè)和靜載試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，這易為評(píng)估者所接受和理解。對(duì)斜拉橋來(lái)說(shuō)，與靜載比較而言，在自重與外荷載作用下整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性更加令人關(guān)注，它直接體現(xiàn)了橋梁的結(jié)構(gòu)形式是否合理，結(jié)構(gòu)的承載能力是否符合要求，因此斜拉橋的穩(wěn)定性也一直是國(guó)內(nèi)外橋梁領(lǐng)域研究的重要課題。動(dòng)態(tài)分析包括風(fēng)載、車(chē)振及地震荷載的分析研究，而基于動(dòng)力的橋梁承載力評(píng)估方法的基本思想為：結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性均為結(jié)構(gòu)工作性能的表征，靜態(tài)特性是動(dòng)態(tài)特性一種特例，“靜包含在“動(dòng)之中。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)、高精度的動(dòng)態(tài)測(cè)試儀器、分析軟件的普及和應(yīng)用，人們可以比較精確地測(cè)試和分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而來(lái)評(píng)估橋梁的承載力。斜拉橋分析的方

12、法大致可以分為兩類(lèi)，一類(lèi)為傳統(tǒng)的理論解析方法，對(duì)結(jié)構(gòu)作一定的簡(jiǎn)化后作解析分析，最后得出解析公式。另一類(lèi)是有限元數(shù)值分析方法，利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能采用有限單元法分析，該方法能夠更為真實(shí)的模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)，分析結(jié)果的精度高。現(xiàn)在由于橋梁跨度越來(lái)越大，應(yīng)用材料越來(lái)越廣泛，所處的環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，考慮的因素越來(lái)越多，傳統(tǒng)的理論解析方法已經(jīng)不能滿足實(shí)際工程的需要，有限元數(shù)值分析越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到具體工程，計(jì)算機(jī)的模擬現(xiàn)己成為解決實(shí)際工程問(wèn)題的主要手段。斜拉橋穩(wěn)定性研究橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是關(guān)系其安全與經(jīng)濟(jì)的主要問(wèn)題之一，它與強(qiáng)度問(wèn)題有同等重要的意義。由于大跨度橋梁日益廣泛地采用高強(qiáng)材料和薄壁結(jié)構(gòu)，穩(wěn)定問(wèn)題更顯

13、重要】。斜拉橋作為一種新興的橋梁，具有跨度大、寬跨比小的特點(diǎn)，因而對(duì)其穩(wěn)定問(wèn)題更應(yīng)重視。穩(wěn)定問(wèn)題分兩類(lèi)，第一類(lèi)為平衡分支問(wèn)題，即達(dá)到臨界荷載時(shí)，除結(jié)構(gòu)原來(lái)的平衡狀態(tài)仍有可能外，會(huì)可能出現(xiàn)第二個(gè)平衡狀態(tài)。第二類(lèi)是結(jié)構(gòu)保持一個(gè)平衡狀態(tài)，這種情況下，隨著荷載的增加在應(yīng)力較大的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)塑性變形，結(jié)構(gòu)的變形很快增大，當(dāng)荷載達(dá)到一定的數(shù)值時(shí)，即使不再增加，結(jié)構(gòu)變形也自行迅速增大而至于使結(jié)構(gòu)破壞。這個(gè)荷載值實(shí)質(zhì)上是結(jié)構(gòu)的極限荷載，也稱臨界荷載。實(shí)際結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定問(wèn)題都是第二類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題，但研究第一類(lèi)穩(wěn)定仍然重要，原因是：某些結(jié)構(gòu)的極限荷載與分支屈曲荷載很接近。某些結(jié)構(gòu)的屈曲后強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于分支屈曲，如板。第一類(lèi)穩(wěn)

14、定問(wèn)題體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的剛度特征。大跨度斜拉橋的索塔和加勁梁均為薄壁彎壓構(gòu)件，在荷載作用下的索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響失穩(wěn)問(wèn)題為第二類(lèi)穩(wěn)定問(wèn)題。斜拉橋健康監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)【（，）是指利用傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)在役結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和可能發(fā)生的損傷的監(jiān)測(cè)。為了有效實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)的目標(biāo)，一般必須利用由傳感器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期的在線監(jiān)測(cè)，并有效利用監(jiān)測(cè)信息反演結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，識(shí)別結(jié)構(gòu)中是否發(fā)生損傷、損傷發(fā)生的位置和損傷發(fā)生的程度，并最終評(píng)估結(jié)構(gòu)的功能和壽命。由于橋梁結(jié)構(gòu)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活中的特殊地位，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性、整體性、耐久性的監(jiān)測(cè)，以確保其安全正常運(yùn)營(yíng)已經(jīng)成為一個(gè)倍受各

15、國(guó)政府、工程界、學(xué)術(shù)界關(guān)注的重要課題，健康監(jiān)測(cè)技術(shù)也因此成為橋梁研究領(lǐng)域的一個(gè)新的熱點(diǎn)，許多國(guó)家和地區(qū)在一些己建或在建的大跨橋梁上進(jìn)行了有益的嘗試。在內(nèi)地，在國(guó)家基礎(chǔ)性研究重大項(xiàng)目（攀登計(jì)劃）“重大土木與水利工程安全性與耐久性的基礎(chǔ)研究、國(guó)家自然科學(xué)基金資助的“橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估”等多個(gè)項(xiàng)目的支持下，在大型橋梁結(jié)構(gòu)病害調(diào)查、傳感器最優(yōu)布設(shè)、結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別、系統(tǒng)識(shí)別、結(jié)構(gòu)剩余可靠度評(píng)定、橋梁結(jié)構(gòu)理論模型修正以及斜拉橋結(jié)構(gòu)環(huán)境變異性等方面開(kāi)展了深入的研究，為對(duì)橋梁健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的更深入探索打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。斜拉橋安全性評(píng)價(jià)對(duì)大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的最終目的就是通過(guò)對(duì)斜拉橋在各種環(huán)境、荷載作用

16、下的結(jié)構(gòu)性態(tài)進(jìn)行檢查和分析，評(píng)估其安全性、適用性和耐久性，為大橋的運(yùn)營(yíng)管理、養(yǎng)護(hù)維修提供依據(jù)和指導(dǎo)。對(duì)于斜拉橋來(lái)說(shuō)，拉索是提供豎向拉力的主要部件，起著索塔與橋面主梁的聯(lián)系與支承作用，是斜拉橋的最重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。掌握了斜拉索索力的大小和分布，可以基本了解全橋結(jié)構(gòu)的線形變化和受力分布，當(dāng)受力相對(duì)集中的拉索或索股的索力發(fā)生變化，力的重新分配將導(dǎo)致或加速其余各根或各股拉索的破壞，剩余拉索結(jié)構(gòu)的整體性也會(huì)被損害，全橋結(jié)構(gòu)的線形、振動(dòng)等靜動(dòng)力特性也將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，當(dāng)拉索變化達(dá)到一定程度后，全橋結(jié)構(gòu)可能會(huì)突然崩潰。因此，了解斜拉索索力變化規(guī)律可以事先有針對(duì)性的進(jìn)行防范。了解索力對(duì)全橋線形、振動(dòng)等參數(shù)的影響

17、可以由這些相關(guān)參數(shù)的變化推斷出橋梁可能的損傷及其位罨，為正確評(píng)價(jià)現(xiàn)有橋梁的實(shí)際承載能力與安全度，并采用合理的加固、維修方法，提供理論依據(jù)。目前，大跨度橋梁（實(shí)際上包括土木工程中的所有大型結(jié)構(gòu)在內(nèi)）健康檢測(cè)及狀態(tài)評(píng)估技術(shù)的研究目前仍然處于探索階段，需要多學(xué)科的進(jìn)一步交叉與發(fā)展，特別是大型橋一一大連理二大學(xué)碩十學(xué)位論文梁的動(dòng)力測(cè)試技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)?；诃h(huán)境振動(dòng)的損傷識(shí)別技術(shù)的出現(xiàn)為最終實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)展現(xiàn)了美好的前景，但這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)踐中應(yīng)用尚有很大困難，推動(dòng)這一技術(shù)在實(shí)踐中真正的應(yīng)用，基本實(shí)現(xiàn)大型橋梁健康監(jiān)測(cè)，長(zhǎng)期、定時(shí)、自動(dòng)、經(jīng)濟(jì)、不妨礙交通的要求，尚有許多問(wèn)題有待研究【”圳】。橋梁動(dòng)態(tài)測(cè)試分析技

18、術(shù)的確還有很長(zhǎng)的路要走。目前的研究主要在結(jié)構(gòu)模態(tài)分析以及損傷識(shí)別的研究、基于結(jié)構(gòu)環(huán)境振動(dòng)的進(jìn)行結(jié)構(gòu)的損傷識(shí)別和有限元修正等上。基于環(huán)境振動(dòng)的橋梁結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別研究在國(guó)內(nèi)研究比較前沿。國(guó)外的一些學(xué)者在這一領(lǐng)域內(nèi)主要集中于研究檢測(cè)方法與分析方法的改進(jìn)，檢測(cè)精度及設(shè)備的提高等。許多研究是針對(duì)于混凝土斜拉橋，而對(duì)于鋼斜拉橋的研究也還比較少。已有的理論和實(shí)驗(yàn)研究都表明，成橋后的結(jié)構(gòu)狀態(tài)識(shí)別和確認(rèn)、橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的損傷監(jiān)測(cè)、預(yù)警及適時(shí)維修制度的建立，有助于從根本上消除隱患和避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。這涉及兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題：一是如何對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)及參數(shù)進(jìn)行辨識(shí)，包括對(duì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中已經(jīng)出現(xiàn)的損傷進(jìn)行有效的識(shí)別、定位和標(biāo)定。二

19、是如何對(duì)有損結(jié)構(gòu)的功能退化狀況和使用風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估。很多學(xué)者對(duì)斜拉橋的損傷方面作了很多工作，但是如何從反映局部損傷的索力變化評(píng)定出整座橋的特性及承載能力的變化情況，還沒(méi)有有效的辦法，本文也正是基于這種考慮作這方面的工作。在國(guó)內(nèi)外大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的研究領(lǐng)域中，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性的評(píng)價(jià)一般都占有重要的位置，主要方法是在對(duì)實(shí)體橋梁結(jié)構(gòu)的檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)加載試驗(yàn)采集橋梁特征信號(hào)如跨中撓度、控制點(diǎn)位移、控制點(diǎn)應(yīng)變等，然后與理論解析值進(jìn)行比較分析，其分析結(jié)果是評(píng)價(jià)一座橋梁結(jié)構(gòu)是否安全可靠的重要依據(jù)。斜拉索的研究現(xiàn)狀斜拉索是斜拉橋的重要組成部分，并且突出了斜拉橋的特點(diǎn)。斜拉橋橋跨結(jié)構(gòu)的重量和橋上荷載，絕大部分

20、通過(guò)斜拉索傳遞到塔柱上，因而斜拉索又被稱為斜拉橋的生命線。各國(guó)已建的直至世紀(jì)年代修建的斜拉橋的運(yùn)營(yíng)觀測(cè)表明，斜拉橋正在經(jīng)受拉索耐久性問(wèn)題的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)和威脅【，。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世紀(jì)至年代初，我國(guó)修建的余座斜拉橋中，已經(jīng)加固修復(fù)的橋占，有座斜拉橋已經(jīng)拆除或已經(jīng)改成其它橋型，有的斜拉橋已全部或部分更換了斜拉索，尚有余座年代后修建的斜拉橋需要換索。在實(shí)際的使用過(guò)程中斜拉橋拉索遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到它設(shè)計(jì)的使用壽命，拉索均是由于拉索腐蝕或擔(dān)心拉索腐蝕而造成承載力下降而更換。實(shí)際斜拉橋拉索腐蝕是不可避免的，但大多數(shù)斜拉橋更換拉索時(shí)，并沒(méi)有進(jìn)一步研究拉索當(dāng)時(shí)腐蝕狀態(tài)對(duì)應(yīng)拉索實(shí)際的承載力一一索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的

21、影響和剩余壽命，更沒(méi)有綜合考慮經(jīng)濟(jì)因素、斜拉索的腐蝕速率而選擇最佳換索時(shí)間。大部分橋梁的纜索系統(tǒng)使用壽命在年以下。我國(guó)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范中規(guī)定的公路橋涵設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期為年，據(jù)此推測(cè)，在橋梁的基準(zhǔn)期內(nèi)至少要換次索。因此，可想而知，橋梁壽命周期內(nèi)的費(fèi)用將會(huì)非常高。由于斜拉橋存在著拉索過(guò)早失效、使用壽命縮短的問(wèn)題，故美國(guó)一些國(guó)家設(shè)計(jì)規(guī)范已規(guī)定，所有斜拉橋結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必須保證能在維持正常交通的情況下安全的更換斜拉索。但是早期的斜拉橋的設(shè)計(jì)者對(duì)拉索的更換和修繕一般都缺乏預(yù)見(jiàn)，斜拉索又是斜拉橋的主要受力構(gòu)件，如果某一根斜拉索突然失效則很可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)遭到災(zāi)難性的破壞，因而單根斜拉索失效的研究對(duì)于拉索失效時(shí)橋的工

22、作狀態(tài)分析及更換斜拉索工程很重要。索力的動(dòng)測(cè)理論索力的測(cè)試一般采用環(huán)境隨機(jī)振動(dòng)法【之剮，即由于橋梁周?chē)h(huán)境振源的激勵(lì)，整個(gè)橋梁包括橋跨、橋塔和斜拉索都在不停地作著微幅振動(dòng)，因此可以利用這種微振進(jìn)行動(dòng)態(tài)的測(cè)量。測(cè)試時(shí)用特制的夾具將加速度傳感器固定在斜拉索上，利用橋梁周?chē)h(huán)境振源，測(cè)試記錄下各拉索的振動(dòng)頻率，并可根據(jù)拉索的有關(guān)參數(shù)及弦振動(dòng)公式進(jìn)行索力計(jì)算。索力計(jì)算公式圖斜拉索計(jì)算模型圖所示為一傾斜的拉索及其坐標(biāo)系，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在左支撐點(diǎn)，而軸取方一一大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文向，其法向作為軸，且朝向下方為正。此外，和，分別為拉索的傾角和長(zhǎng)度。分析時(shí)所作的假設(shè)如下：（）垂跨比艿很，、（艿乇）。（）拉索只

23、在平面內(nèi)振動(dòng)，其在方向的運(yùn)動(dòng)很小可忽略不計(jì)，且甜。（）拉索的幾何形狀可用拋物線表示。拉索在方向的運(yùn)動(dòng)方程為：彤警一丁摯叫教學(xué)。式中，日為拉索的撓曲剛度；（，）為自由振動(dòng)引起的方向上的撓度；丁為圖中所示拉索在方向的張力；乃（）為由振動(dòng)而引起的拉索張力的增量；為拉索單位長(zhǎng)度的重量；為重力加速度。根據(jù)假定，假設(shè)，再由假定，拉索的幾何形狀可表示為：，（）：等（，一）式中，為拉索在坐標(biāo)系中定義的垂度。將上式代入（）式，可得：（）日警一丁摯詈掣了舐缸，”（）”當(dāng)拉索張力較小而垂度變得較大時(shí)，對(duì)一階振型而言，由振動(dòng)引起的拉索張力增量向（，）的影響不能忽略。但是，對(duì)二階或高階振型，即使拉索張力很小，（）的影響

24、也很小，以至可以忽略，于是，式（）可變?yōu)椋喝論匆欢W(xué)詈挈?？杉俣ㄉ鲜脚c軸向承受拉力的梁的振動(dòng)方程是一致的。由分離變量法，令（，）（）（）億，（）引進(jìn)參數(shù)，國(guó)為體系的圓頻率。則（）式可轉(zhuǎn)換為：索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響日害一（。，）。一：孕（）（）式（）是單自由度體系的自由振動(dòng)方程。式（）的通解為：妒（）（）（）（）（）其中（）一專(zhuān)；（）；一，一，。假定拉索的邊界條件為兩端鉸接。由式（）有：（、即刀萬(wàn)，相應(yīng)的固有振動(dòng)頻率為：群芋，詈等，吾式中，：一。拉索的張力為：丁丁一丁以。，式中，攤為拉索自振頻率的階數(shù)（撐、）；為拉索的第階自振頻率；，為拉索的計(jì)算索長(zhǎng)。如果忽略拉索彎曲剛度的影響，式

25、（）變?yōu)椋憾。阂坏都俣ɡ鲀啥斯潭?，則可得如下自由振動(dòng)方程：（，）（，）一（）（）（）一（口，）（）（多）（）（）（）（）（）（）（）大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文上式是超越函數(shù)方程，非常復(fù)雜。固支和鉸接的差別是彎曲剛度影響的反映，若時(shí)，兩者結(jié)果相同，而式（）和（）計(jì)算簡(jiǎn)便，所以實(shí)際應(yīng)用中常認(rèn)為拉索兩端鉸接。采用式（）和（）作為求取索力的通用公式。實(shí)際斜拉索的振動(dòng)和弦的振動(dòng)有一定差別，斜拉索抗彎剛度、垂度和測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度、外界環(huán)境激勵(lì)以及識(shí)別索自振頻率的準(zhǔn)確性等因素影響索力測(cè)試的精度。如果不考慮這些因素的影響并予以修正，振動(dòng)法測(cè)定纜索張力的結(jié)果可能很不準(zhǔn)確。纜索的振動(dòng)和弦的自由振動(dòng)越接近，由式（）

26、或（）求取的索力越準(zhǔn)確。影響索力的因素（）抗彎剛度的影響斜拉索兩端裝有錨頭，錨頭彎曲剛度比鋼絲索股大許多，但是它們又不能起到嚴(yán)格意義上固定鋼絲索股的作用。錨頭對(duì)鋼絲索股振動(dòng)的約束作用與拉索的長(zhǎng)度、振型有關(guān)，一般認(rèn)為錨頭對(duì)長(zhǎng)索及低階振型的振動(dòng)約束較弱，而對(duì)短索及高階振型的振動(dòng)約束極強(qiáng)。因此，對(duì)于長(zhǎng)索式（）的第項(xiàng)可以忽略，可以采用式（）來(lái)求索力。而對(duì)于索長(zhǎng)較短的索，如果忽略式（）中的第項(xiàng)，就使求得的索力產(chǎn)生較大的誤差（一般使測(cè)試的索力比真實(shí)索力偏大）。但是要計(jì)入（）中第項(xiàng)的影響也不是十分容易的事，主要是拉索斷面的慣性矩難以精確確定。因此，當(dāng)日值未知時(shí)，對(duì)于較短的拉索，由于其橫截面積相對(duì)較大，即長(zhǎng)細(xì)

27、比較小，抗彎剛度對(duì)拉索振動(dòng)的高階模態(tài)影響較大。此時(shí)，可選取較低的兩階頻率來(lái)識(shí)別索力，由式（）有：丁：（，：、）?！緡桃?，伽所）（）式中，厶和分別為第階和第刀階頻率。當(dāng)，行時(shí)籃二笸（）當(dāng)，刀時(shí)警一一（）對(duì)同一根纜索，露越小，（）和式（）的差別越小。由于低階固有頻率受阻尼的影響較小，當(dāng)確定的各階固有頻率大致成倍數(shù)時(shí)，可選用式（）代入基頻求索力。假定把考慮抗彎剛度纜索的自振基頻折算為無(wú)抗彎剛度纜索的一階自振頻率石，則索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響按式（）有：，（）由式（）可知，在相同的索力下，纜索自振頻率的階數(shù)甩增加時(shí)，刀不是一個(gè)常數(shù)，它隨力值的增加而增大。當(dāng)?shù)碗A固有頻率不能有效識(shí)別時(shí)，可由高

28、階固有頻率推得，由式（）求索力。（）垂度的影響較長(zhǎng)拉索在小內(nèi)力的情況下必須考慮垂度的影響，拉索的彈性模量因自重垂度存在一定的下降或損失，稱為修正彈性模量。在拉索的非線性分析中一般常用以下的式來(lái)計(jì)算修正彈性模量。如式（）所示。如果己知上述有關(guān)參數(shù)，可由式（）和（）迭代求索力。斜拉索彈性模量也受垂度的影響。水平或傾斜的拉索，由于自重力會(huì)發(fā)生垂弛度，當(dāng)拉索受力時(shí)，除彈性模量的降低外還會(huì)有由于垂弛度減少而產(chǎn)生的非彈性伸長(zhǎng)，其實(shí)質(zhì)相當(dāng)于彈性模量的降低。降低的彈性模量稱為有效彈性橫量，其與拉索本身彈性模量磊的關(guān)系根據(jù)非線性理論可采用公式表示：巨。（）式中，互為修正彈性模量，為不考慮纜索垂度影響的彈性模量，

29、形、么、厶分別為纜索單位長(zhǎng)度的重量、橫截面面積以及水平投影長(zhǎng)度。纜索的垂度對(duì)其對(duì)稱振型特別是第階振型的影響較大，而對(duì)其反對(duì)稱振型影響較小，當(dāng)纜索的垂度影響較大時(shí)，用第階振型估算拉索張力就較為理想。同條件下相比無(wú)垂度纜索，在頻譜圖上有垂度纜索的一階頻率值偏小。但階及以上偶數(shù)階頻率值變化很小。所以實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)用階及以上偶數(shù)階頻率或者根據(jù)檢測(cè)儀器的精度來(lái)選取相應(yīng)的頻率階次從而求得索力。（）減振裝置的影響由于斜拉索的柔性、相對(duì)小的質(zhì)量及低的阻尼，斜拉索對(duì)支座及風(fēng)雨導(dǎo)致的振動(dòng)極為敏感，常常引發(fā)大幅振動(dòng)。拉索的振動(dòng)容易引起錨固端的疲勞，或者損壞拉索端部的腐蝕保護(hù)系統(tǒng)，降低拉索的使用壽命，因此，拉索的振動(dòng)

30、控制問(wèn)題越來(lái)越引起橋梁專(zhuān)家的注意，目前主要采用外加阻尼器的方法。加上阻尼器后，拉索一阻尼器系統(tǒng)與未加阻尼器的自由索相比，其動(dòng)力特性發(fā)生了變化，增大了系統(tǒng)的橫態(tài)阻尼比，起到了減振的大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文效果。（）外界環(huán)境的影響根據(jù)式（）可見(jiàn)，在溫度影響下拉索的熱脹冷縮將引起長(zhǎng)度的變化，并使索的頻率產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致索力的檢測(cè)的誤差。斜拉橋采用的拉索為鋼絲纜，熱脹冷縮效應(yīng)顯著。四季交化、日照影響等使得斜拉索頻率每時(shí)每刻都不相同，索力受溫度影響較為明顯。此外，拉索的自由振動(dòng)方程式（）是在其作微幅自由振動(dòng)的條件下推導(dǎo)出來(lái)的。所以實(shí)際應(yīng)用振動(dòng)法測(cè)定纜索張力應(yīng)盡量選擇在風(fēng)、雨振等環(huán)境影響較小時(shí)進(jìn)行，因?yàn)?/p>

31、風(fēng)、雨振可改變纜索振動(dòng)的頻率特性，激起纜索共振或大幅振動(dòng)。因此，對(duì)斜拉橋拉索索力測(cè)量選在溫度梯度變化較小、風(fēng)力較小的時(shí)間進(jìn)行，盡可能避免外界環(huán)境對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。（）頻譜分析結(jié)果精度的影響為識(shí)別斜拉索的固有頻率，需對(duì)其振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采樣并進(jìn)行傅立葉變換，用算法進(jìn)行譜分析時(shí)，只能得到基頗整數(shù)倍頻率上的幅值。設(shè)采用算法的頻率間隔為鱸，則利用算法得到的固有頻率廠，與系統(tǒng)真實(shí)頻率五之間滿足以下關(guān)系：廠一：等二（）即在此情況下，固有頻率的估計(jì)誤差為±。在通過(guò)較高次諧振頻率來(lái)推算纜索自由振動(dòng)的基頻時(shí)可用直接頻差法，即：鱸五一以一（，）（）由上式求得的基頻誤差最大可達(dá)一個(gè)分辨率大小。若以（）式結(jié)果為

32、參考，根據(jù)已經(jīng)通過(guò)頻譜分析得到的頻率，確定其所對(duì)應(yīng)自振頻率階數(shù)，然后推算基頻。即：。以（，）（）一般情況下取囂，對(duì)于小張力長(zhǎng)索刀還宜取偶數(shù)，且咒，在實(shí)際工程應(yīng)用當(dāng)中還要考慮信號(hào)采集儀器的精度來(lái)選取頻率階次。這樣將變換分辨率的影響下降為原來(lái)的分之一。更重要的是，彳。隨行的增加有增大的趨勢(shì)，由胛估推得到基頻彳也更為準(zhǔn)確。斜拉索對(duì)橋梁影響研究現(xiàn)狀在對(duì)斜拉橋索力的動(dòng)力測(cè)試當(dāng)中，索力的計(jì)算對(duì)分析影響很大，等人】根據(jù)研究指出，對(duì)于斜拉橋或者懸索橋結(jié)構(gòu)，索和拉桿拉力的檢測(cè)是很方便的，對(duì)于橋梁的索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響損傷檢測(cè)及退化研究很有幫助。他們指出，結(jié)構(gòu)每一處損傷都會(huì)引起特定的索力變化，通過(guò)

33、測(cè)量確定這些變化并且應(yīng)用損傷識(shí)別技術(shù)就能夠找出損傷位置和原因，給出了一種新的測(cè)量索力的技術(shù)，包括快速識(shí)別技術(shù)和精確分析索力方法。魏建東等人分析了常用的頻率法測(cè)定索力公式的精度。利用作者建立的拉索非線性有限元法分析程序，可得到對(duì)應(yīng)特定索力的拉索頻率分布?；诖祟l率分布，采用不同的索力公式可推算出對(duì)應(yīng)的索力，通過(guò)對(duì)比所得索力與設(shè)定索力可判斷各公式的精度。他們以某斜拉橋的拉索為例，對(duì)處于不同張緊程度、不同長(zhǎng)度的拉索進(jìn)行了分析。分析結(jié)果給出了頻率法測(cè)定索力時(shí)的注意事項(xiàng)，以及各公式的適用范圍，并推薦了一種高精度的索力推算公式。為了評(píng)估橋梁的承載能力，陳鐵冰，張偉等人【考慮斜拉橋幾何非線性，應(yīng)用彈性一塑性

34、鉸分析模型進(jìn)行材料非線性分析，研究了主梁自重和車(chē)輛荷載作為增量荷載時(shí)結(jié)構(gòu)極限承載能力。研究表明，所采用的方法可以追蹤個(gè)別桿件進(jìn)入塑性到結(jié)構(gòu)整體失穩(wěn)的全過(guò)程，確定出斜拉橋極限承載力。梁的自重和車(chē)輛荷載為增量荷載時(shí)，塔根處的主梁截面、塔的截面等較容易屈服。車(chē)道荷載中集中荷載的作用位置對(duì)斜拉橋塑性鉸的發(fā)展、形成失效路徑、極限承載力等有較大影響。，等人皿研究了索的數(shù)量和中間梁的長(zhǎng)度對(duì)斜拉橋的特性的影響，運(yùn)用剛度矩陣方法分析了不同邊跨比情況下橋梁的索力變化情況，以及這幾種因素對(duì)橋梁承載能力的影響，他們還指出索數(shù)量增加不能增強(qiáng)橋梁的承載能力，橋的臨界荷載隨，。增加而增加直到到達(dá)最優(yōu)比率。等人【】提出了廣義

35、幾何剛度的概念，通常結(jié)構(gòu)的剛度包括物理剛度，局部剛度和幾何剛度三部分，而對(duì)于索結(jié)構(gòu)的橋梁來(lái)說(shuō)，可以綜合一個(gè)廣義幾何剛度來(lái)考慮結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力，而斜拉橋相對(duì)于懸索橋又有較高的剛度，在結(jié)構(gòu)的發(fā)展當(dāng)中，廣義幾何剛度的概念應(yīng)當(dāng)逐步受到重視。等人【還給出了橋梁施工順序、大位移效應(yīng)、收縮、徐變對(duì)橋的受力性能影響的分析方法，并且指出這種方法對(duì)于斜拉橋的設(shè)計(jì)也是有幫助的。等人通過(guò)遺傳算法給出了多目標(biāo)的索力控制方法，等人【】以一座寬的單索面矮塔斜拉橋?yàn)槔芯苛死髟趯挿淞褐械膫鬟f規(guī)律，研究發(fā)現(xiàn)剪力滯現(xiàn)象十分嚴(yán)重，并且隨著箱梁的寬度的增大而更加嚴(yán)重，在布置預(yù)應(yīng)力筋時(shí)要引起充分重視，以使寬橋的截面應(yīng)力更均勻。

36、這些學(xué)者的工作對(duì)于本文的橋梁承載能力及特性的分析都是有幫助的。在對(duì)橋給出了合理的評(píng)價(jià)后，后面面臨的更重要的問(wèn)題就是如何進(jìn)行維修加固，索力調(diào)整等工作，等人【】在恒載索力優(yōu)化模型基礎(chǔ)上，以荷載組合作用下的彎矩包絡(luò)圖正負(fù)絕對(duì)值相等時(shí)的恒載彎矩分布作為優(yōu)化目標(biāo)，通過(guò)約束主梁線形及索力不均勻系數(shù)，最終確定斜拉橋的合理恒載索力，建立了斜拉橋索力狀態(tài)評(píng)估模型，并以優(yōu)化的恒載索力為索力評(píng)估的基準(zhǔn)值，引入索力上下限以及斜率關(guān)聯(lián)度，利用層次分析大連理工大學(xué)碩十學(xué)位論文法和變權(quán)綜合原理，根據(jù)一組實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)索力性能進(jìn)行評(píng)估。計(jì)算結(jié)果表明，實(shí)測(cè)索力與標(biāo)準(zhǔn)索力之間具有較高的關(guān)聯(lián)度，隨著均衡系數(shù)的減小，索力評(píng)估結(jié)果是一個(gè)退

37、化的過(guò)程。項(xiàng)海帆【】用了一個(gè)實(shí)例說(shuō)明了索力調(diào)整前后橋的應(yīng)力和線型的變化情況，數(shù)據(jù)表明：通過(guò)調(diào)索達(dá)到了原設(shè)計(jì)要求，主梁應(yīng)力合理，橋面標(biāo)高最大在工程許可范圍之內(nèi)。拉索調(diào)索過(guò)程正常，沒(méi)有出現(xiàn)裂縫情況。荷載試驗(yàn)表明控制斷面主梁的位移變化均小于計(jì)算值，說(shuō)明結(jié)構(gòu)剛度大于計(jì)算模型，結(jié)構(gòu)計(jì)算是偏安全的。荷載試驗(yàn)的效率系數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)荷載的倍以上，而且整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程并未發(fā)現(xiàn)裂縫發(fā)展，主橋結(jié)構(gòu)滿足原設(shè)計(jì)使用要求。周晶等人【】指出了橋梁評(píng)估與設(shè)計(jì)的基本區(qū)別，介紹了橋梁承載力評(píng)估的靜力方法，分析了中美兩國(guó)橋梁評(píng)估規(guī)范的異同。接著提出了一套既有橋梁結(jié)構(gòu)承載能力評(píng)估的動(dòng)力方法，該方法結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境振動(dòng)試驗(yàn)和有限元分析，具有顯著

38、的優(yōu)點(diǎn)，并用個(gè)典型橋例，分析了不同評(píng)估方法的結(jié)果與結(jié)論，最后依據(jù)發(fā)展要求，討論了進(jìn)一步研究的主要方向。本文主要研究?jī)?nèi)容根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)的普遍性質(zhì)和鋼斜拉橋本身的特殊性，本文應(yīng)用大型有限元通用分析軟件開(kāi)發(fā)了索力調(diào)整程序，在該程序基礎(chǔ)上對(duì)黃河勝利大橋的恒載受力情況以及動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算，并且索力調(diào)整和拉索失效情況做了深一步的研究。本文具體工作如下：（）對(duì)黃河勝利大橋的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件（索塔、主梁和拉索）進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)力檢測(cè)，獲得了斜拉橋在工作狀態(tài)下的原始數(shù)據(jù)。（）在黃河勝利斜拉橋的施工圖基礎(chǔ)上，建立了的全三維有限元基準(zhǔn)模型，本文在建立模型過(guò)程中探討了目前斜拉橋常用的結(jié)構(gòu)體系和各自特點(diǎn)。以勝利大橋?yàn)楣こ瘫尘?，?/p>

39、論了如何選擇合理的單元類(lèi)型來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的離散，準(zhǔn)確地模擬鋼斜拉橋各構(gòu)件的連接情況。（）通過(guò)對(duì)模型的有關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，確定了以敏感性較高的橋面撓度為調(diào)整目標(biāo)，以斜拉索索力為修正量，對(duì)模型進(jìn)行修正，并與實(shí)橋主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件的動(dòng)力特性實(shí)測(cè)結(jié)果比較，建立修正后的計(jì)算模型。分別計(jì)算自重作用下、均勻布載，偏載幾種工況下斜拉橋的受力狀態(tài)。（）應(yīng)用軟件的模態(tài)計(jì)算功能，得出鋼斜拉橋各階頻率和振型，并且由此判斷結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)合理性，為其它類(lèi)似鋼斜拉橋的分析提供可靠的依據(jù)。（）在有限元理論模型的基礎(chǔ)上，開(kāi)展對(duì)斜拉索的相關(guān)理論研究，分析不同位置的拉索失效引起的斜拉橋靜力和動(dòng)力性能的變化特征。（）用數(shù)值模擬的方

40、法實(shí)現(xiàn)了索力的優(yōu)化調(diào)整，為今后的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)最后總結(jié)本文主要的工作成果，并指出本文的不足以及需要進(jìn)一步研究的問(wèn)題。一索力變化對(duì)斜拉橋特性及承載能力的影響斜拉橋初始模型建立鋼斜拉橋材料特點(diǎn)鋼材是一種抗拉、抗壓和抗剪強(qiáng)度高并且塑性好的均質(zhì)材料。由于鋼材強(qiáng)度高，所以鋼橋具有很大的跨越能力。鋼橋的構(gòu)件便于大規(guī)模生產(chǎn)、運(yùn)輸、工地拼裝及架設(shè)，另外由于鋼材料本身延性較好，一般破壞都屬于延性破壞，相比脆性破壞造成的損失要小很多，同時(shí)鋼橋易于設(shè)計(jì)，施工期較短，受到破壞后也容易修復(fù)和更換。本文也是針對(duì)于鋼斜拉橋做的研究，因?yàn)樽鳛楣こ瘫尘暗膭倮髽蚩缍纫脖容^大，索力的變化會(huì)對(duì)整座橋的形態(tài)產(chǎn)生很大影響，故本文的研

41、究對(duì)于工程實(shí)際應(yīng)用很有意義。但是，鋼材易于銹蝕，需要經(jīng)常檢查和按期涂刷防銹漆，故鋼橋的養(yǎng)護(hù)費(fèi)要比其他材料橋梁高，本文的另一意義也就是可以作為鋼斜拉橋維修加固的參考資料。二次開(kāi)發(fā)功能簡(jiǎn)介是集結(jié)構(gòu)、熱力、流體、電磁等分析于一體的大型通用有限元分析軟件【，。從一直發(fā)展至今，在有限元技術(shù)的發(fā)展中擁有領(lǐng)先地位。在世界范圍內(nèi)已經(jīng)成為土木建筑行業(yè)分析軟件的主流，在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土房屋建筑、體育場(chǎng)館、橋梁、大壩、隧道以及地下建筑物等工程中得到了廣泛的應(yīng)用，通過(guò)它可以對(duì)這些結(jié)構(gòu)在各種外荷載條件下的受力、變形、穩(wěn)定性及各種動(dòng)力特性做出全面分析。從力學(xué)計(jì)算、組合分析等方面提出全面的解決方案，為土木工程師提供了功能

42、強(qiáng)大且方便易用的分析手段。的結(jié)構(gòu)分析功能主要包括靜力分析和動(dòng)力分析。靜力分析中包括線性分析以及考慮大變形、接觸問(wèn)題等的非線性分析。動(dòng)力分析主要包括模態(tài)分析、譜響應(yīng)分析、瞬態(tài)分析、譜分析。所有的分析過(guò)程均包括建模、求解和后處理過(guò)程。建模的工作是選取單元、定義單元的材料和幾何特性，并根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)建立分析模型。求解過(guò)程是給所建立的模型施加約束條件、各類(lèi)荷載，并選擇相應(yīng)的求解類(lèi)型加以求解。后處理過(guò)程中可提取各類(lèi)計(jì)算的結(jié)果，輸出結(jié)果分布的圖像、動(dòng)畫(huà)等。在橋梁結(jié)構(gòu)的分析方面，具有豐富的單元庫(kù)和材料庫(kù)，可以對(duì)任何結(jié)構(gòu)形式的橋梁進(jìn)行全橋分析，例如梁式橋、拱橋、剛架橋、懸索橋和斜拉橋等。全橋仿真可以通過(guò)對(duì)各種荷

43、載工況的組合，較為精確的反映出橋梁在各種因素作用下的綜合特征，如橋梁的應(yīng)力分布、變形情況、自振頻率、振型、地震響應(yīng)特征和失穩(wěn)特征等，盡量使大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文其達(dá)到經(jīng)濟(jì)美觀又安全可靠。而斜拉橋是高次超靜定結(jié)構(gòu)，斜拉索承受巨大的拉力，理論和實(shí)踐都表明其拉力的變化對(duì)斜拉橋結(jié)構(gòu)受力性能有很大影響。對(duì)斜拉橋進(jìn)行有限元建模過(guò)程中索力的模擬就需要迭代運(yùn)算，因而也就變得較困難。利用的二次開(kāi)發(fā)功能實(shí)現(xiàn)模型的程序化調(diào)整，可以大大減少建模所需的時(shí)間，為工程問(wèn)題的解決提供了便利。按其功能可分為：前處理器、求解器和后處理器。前處理器用于生成有限元模型。求解器用于施加約束和荷載，并完成計(jì)算分析。后處理器用于提取求解

44、結(jié)果。功能十分強(qiáng)大，不僅使用范圍廣泛，而且提供了與其它軟件數(shù)據(jù)接口、自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)劃分、參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言等功能，特別是命令流文件讀入和輸出功能，為建模和修改模型提供了極大的方便。它還具有良好的開(kāi)放性，用戶可以根據(jù)自身的需要在標(biāo)準(zhǔn)版本上進(jìn)行功能擴(kuò)充和系統(tǒng)集成，生成具有行業(yè)分析特點(diǎn)和符合用戶需要的用戶版本的專(zhuān)用程序。使用者如果能夠結(jié)合工作需求，對(duì)進(jìn)行一定的二次開(kāi)發(fā)，將復(fù)雜的操作分析步驟封裝成為用戶自己的程序，就可以減少用戶的操作，從而大大提高工作效率【。開(kāi)發(fā)功能一般包括四個(gè)組成部分：參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（）二次開(kāi)發(fā)功能一用戶界面設(shè)寸語(yǔ)言（）用戶程序特性（）數(shù)據(jù)接口圖二次開(kāi)發(fā)功能組成這四個(gè)二次開(kāi)發(fā)組成部分各有側(cè)重、各有所長(zhǎng)。前三種工具可稱為二次開(kāi)發(fā)的三大金剛，本身就具有二次開(kāi)發(fā)功能，所能實(shí)現(xiàn)的二次開(kāi)發(fā)功能一般來(lái)說(shuō)次于而強(qiáng)于。數(shù)據(jù)接口主要用于與外部程序的數(shù)據(jù)交換和傳遞，其本身并不具有二次開(kāi)發(fā)功能。在本文的建模過(guò)程中，利用和進(jìn)行程序控制并最終實(shí)現(xiàn)了斜拉橋模型中索力的調(diào)整。參數(shù)化程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（），全稱。它實(shí)質(zhì)上由類(lèi)似于的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言部分和多條命令組成。其中，程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言部分與其它編程語(yǔ)言一樣，具有參數(shù)、數(shù)