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1、硕士学位论文乌苏大桥空间静动力 及 稳定性分析THE SPATIAL STATIC AND DYNAMICAND STABILITY ANALYSIS OF WUSUBRIDGE马旭东哈尔滨工业大学2012 年 7 月国 内 图 书 分 类 号 ： TU317 学 校 代 码 ： 10213国 际 图 书 分 类 号 ： 624.042 密 级 ： 公 开工学硕士学位论文乌 苏 大 桥 空 间 静 动 力 及 稳 定 性 分 析硕 士 研 究 生 ： 马 旭 东导 师 ： 张 莉 教 授申 请 学 位 ： 工 学 硕 士学 科 ： 固 体 力 学所 在 单 位 ： 航 天 学 院答 辩 日 期
2、 ： 2012 年 7 月授 予 学 位 单 位 ： 哈 尔 滨 工 业 大 学Classified Index: TU317U.D.C: 624.042Dissertation for the Master Degree in EngineeringTHE SPATIAL STATIC AND DYNAMICAND STABILITY ANALYSIS OF WUSUBRIDGECandidate： Ma XudongSupervisor： Prof. Zhang LiAcademic Degree Applied for： Master of EngineeringSpeciality：
3、Solid MechanicsAffiliation： School of AstronauticsDate of Defence： July, 2012Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology哈 尔 滨 工 业 大 学 硕 士 学 文 论 文摘 要斜 拉 桥 是 一种缆 索 承 重结构 体 系 ，包括 塔 、 梁和拉 索 三种基本 构 件，是一 种高 次 超 静 定 柔 性 结 构 体 系 。 本 文 以 乌 苏 大 桥 为 工 程 背 景 ， 利 用 通 用 有 限 元 软 件ABAQUS 对 独 塔 单 索
4、 面 斜 拉 索 桥 空 间 的 静 力 、 动 力 及 稳 定 性 进 行 研 究 。 主 要 分 析工 作 和 完 成 的 任 务 有 以 下 几 项 ：（ 1） 利 用 ABAQUS 有 限 元 软 件 对 斜 拉 桥 进 行 了 合 理 的 空 间 建 模 ， 其 中 主 梁采 用 空 间 梁 单 元 ； 拉 索 简 化 为 杆 单 元 ； 桥 面 板 与 主 塔 用 的 是 含 有 钢 筋 的 壳 单 元 。（ 2） 分 析 并 确 定 了 桥 梁 的 荷 载 ， 并 按 照 规 范 对 桥 梁 的 荷 载 进 行 组 合 ， 分 为 四种 工 况加载进行 空间的静力 分析，校核 了
5、设计结果 。对桥梁的 塑性变形和 拉压损伤 进 行 了 研 究 。（ 3） 为 了 使 桥 梁 能 够 经 受 地 震 和 风 振 ， 在 现 代 桥 梁 设 计 中 动 态 分 析 是 至 关 重要 的 ，本文利用 有限元软件 对大桥动态 分析。主要 有，振动模 态分析及振 型的提取 工 作 和 地 震 荷 载 E1、 E2 作 用 下 动 力 响 应 分 析 ， 得 出 的 结 果 与 设 计 结 果 比 较 吻 合 。在 结 果 的 基 础 上 进 行 了 塑 性 变 形 和 损 伤 的 分 析 。（ 4） 对 全 桥 用 线 性 方 法 Buckling 法 进 行 了 稳 定 分 析
6、 ， 得 出 了 全 桥 的 最 小 安 全因数；利用弧长法实现的“荷载- 位移”全过程分析方法这一非线性分析方法对主塔 进 行 了 稳 定 性 的 分 析 ， 得 到 了 主 塔 在 直 立 状 态 下 失 稳 的 前 6 阶模态，计算出主塔 稳 定 的 最 小 安 全 因 数 。（ 5） 在 静 力 分 析 基 础 上 ， 利 用 能 量 变 分 法 最 小 势 能 原 理 对 主 梁 的 剪 力 滞 效 应进 行 分 析 ， 确 定 了 部 分 截 面 上 的 剪 力 滞 系 数 。本 文 来 源 于实际 工 程 项目， 我 们 的任务 就 是 通过有 限 元软件对 设 计结果进 行验
7、算 。本项目基 本完成了对 大型斜拉桥 结构的在静 动荷载作用 下的受力变 形及稳定 性 方面仿仿真 分析。并且 针对箱型截 面梁比较突 出的剪力滞 问题进行了 分析。所 做 的工作不仅 校核了设计 结果，而且 能够弥补设 计和施工中 的缺陷，使 得大型斜 拉 桥 设 计 更 加 合 理 和 可 靠 。关 键 词 ： 斜 拉 桥 ； ABAQUS；空间分析；剪力滞。I哈 尔 滨 工 业 大 学 硕 士 学 文 论 文AbstractCable-stayed bridge is a structure system with cable-stayed and high orderindeterm
8、inate flexible, which include three basic components, such as tower, beam,cable. In this paper, based on the Wusu bridge, nonlinear properties of spatial static anddynamic and stability will be studied to single tower and cable of Wusu bridge throughuniversial finite element software ABAQUS. The mai
9、n analysis and works acomplish asfollows:(1) By using the finite element software ABAQUS, this paper carry out areasonalbe spatial model to cable-stayed bridge, in which the main beam adopt spacebeam element, cable is simplified as rod element, birdge deck and the main tower isused shell element wit
10、h rebal.(2) This paper analyse and define the load of bridge and combinate the load ofbridge accordance with the norms. The analysis of spatial static force and design resultsare studied through four kinds of loads. The plastic deformation and tension andcompression injury of the bridge are studied.
11、(3) In order to make the bridge to withstand the vibration from earthquake and wind,the dynamic analysis is crucial in the modern bridge design. This paper studies thedynamic analysis using finite element software as follows. Manily, aiming at the modalanalysis of vibration, the extraction of mode o
12、f vibration and the analysis of dynamicresponse from E1 and E2 loads of earthquake, the obtained result if identical with thedesign. Based on the above result, the plastic deformation and injury are analysed.(4) Base on the stability analysis using linear method-Buckling method for thewhole bridge,
13、this paper obtains the minimum safety factror. Based on the stabilityanalysis using nonlinrar method, which is arc length method to achieve the wholeanalysis of “load-displacement”, this paper gets six order mode of the main tower inan upright instability and calculates the minimum safety factor of
14、the main towerstability.(5) Based on the static analysis, this paper studies the shear lag effect of the mainbeam using the minimum potential energy of energy bariational method and identifiesthe shear lag coefficient of partial section.This paper comes from the actual engineering project to check t
15、he design resultsthrough the finite element software. The simulation analysis, which is the deformationand stability of static and dynamic load to large cable-stayed bridge structure, arecompleted mainly. And more outstanding shear lag problems of box section beam areanalysed. Not only does this pap
16、er check the desigh results, but also can make up for thedefects in the design and construction of large cable-stayed bridge, which make thedesign more reasonable and reliable.Keywords: cable-stayed bridge, ABAQUS, spatial analysis, shear lag effectII哈 尔 滨 工 业 大 学 工 学 硕 士 学 位 论 文目 录摘 要 . IABSTRACT .
