【博士】大跨斜拉桥的非线性及可靠性分析【2007】

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内容简介

　　学科专业：结构工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：湖南大学　　学位年度： 2007年　　在近十年来，斜拉桥由于其优异的结构性能和美学特性，成为中长跨度内最流行韵桥型。随着斜拉桥跨度的增大和各种新型高强材料的使用，桥梁结构变得越来越轻柔，更易受到各种非线性行为的影响，因此斜拉桥的几何非线性、极限承载能力和可靠性分析是本文研究的主要内容。　　几何非线性方面，斜拉桥的非线性主要来源于拉索垂度、梁柱效应和大位移效应。本文主要讨论了CR列式法，CR列式法摆脱了单元小转动的限制，并且没有累积误差的影响。这是因为CR列式法去除了刚体转动的影响，并在全量的基础上建立了单元内力的平衡方程，而不是在增量的基础之上，因此CR列式法具有很高的精度和效率。　　材料非线性方面，本文采用基于柔度法的非线性纤维梁柱单元，基于柔度法的非线性梁柱单元，以截面力假定为出发点，对于主要是受轴向和弯曲变形影响的梁柱单元，这个假定总是能够得到较好的满足而不受单元非线性行为的影响。甚至当单元处于软化的强非线性阶段，单元内部的平衡条件依然能够精确的满足。　　可靠性分析方面，有限元可靠度分析的要求是能够精确，一致和有效率的来计算各种反应量的敏感性，本文采用了直接微分的方法，建立了材料，荷载和几何尺寸随机性所导致的反应量敏感性计算公式。结构的失效概率，即可靠指标采用一次二阶矩法来计算。　　基于上述分析方法，本文编制了相应的大型结构计算程序(BSNAS)。塔和主梁采用基于柔度法的纤维梁柱单元模型，拉索采用索单元模型。在材料方面，混凝土，普通钢筋、预应力钢筋和拉索钢材均采用非线性的本构关系，在计算过程中，所有单元都能同时考虑几何非线性的影响。　　本文所编制的程序能够进行整体结构和施工中部分结构，受到短期和长期荷载，温度效应影响的材料几何非线性分析；能够在混凝土结构开裂前和开裂后整体结构的非线性行为；结构的极限承载能力及进入软化阶段后的结构行为；本文程序还能够对大跨斜拉桥结构进行相应阶段的可靠性分析。基于上述理论和本文所编制的大型结构分析程序，本文对两座实桥结构即武汉市江汉四桥和巴东长江公路大桥进行了几何、材料及可靠性方面的详细分析，结果表明，本文的研究成果对斜拉桥的设计，施工控制及安全性评估提供了有效的途径。　　

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