摘 要

大跨度斜拉桥作为一种结构轻盈、跨越能力大的桥型，凭借其特殊的力学性能而在桥梁建设中被广泛使用。但由于它属于高次超静定柔性结构体系，施工过程与成桥状态具有相关性，特别是在施工阶段结构体系的不断转换，必然给桥梁结构带来较复杂的内力和位移变化。

为了解大跨度结合梁斜拉桥施工过程结构的力学性能，从而对桥梁进行有效的施工控制,本文以西固黄河大桥为例，采用有限元程序MIDAS建立全桥有限元模型，进行施工过程仿真计算,分析其施工力学性能。

首先，总结了斜拉桥常用的施工方法，分析了斜拉桥施工阶段的受力特点，阐述了斜拉桥几何非线性分析的基本理论以及影响斜拉桥几何非线性的三个主要因素。

然后，选取部分典型控制性施工阶段，通过分析桥塔、主梁及斜拉索等主要受力构件在施工阶段中的内力和变形情况，对大跨度结合梁斜拉桥施工阶段力学行为进行评估，最后给出一些施工建议。

关键词：大跨度斜拉桥；施工阶段；力学行为

Abstract

The long-span cable-stayed bridge is a kind of bridge style with light structure and large span capability.Due to its special mechanical properties, it is widely used in bridge construction. However, as an indeterminate flexible structure with many redundant degrees, its construction states are related to the final shape states. Especially, structure systems transform constantly in the construction stages, and consequentially which will bring large influence to the complicated internal -force and displacement of bridge structures.

In order to investigate the mechanical properties of the long-span Composite beam bridge in construction process, thus to carry out effective construction control of the bridge, the XiGu yellow River Bridge was taken as an example, and the finite element program MIDAS was used to set up the numericalmodel of the whole bridge.The responses of the bridge in the construction process weresimulated, and the mechanical properties of the bridge were analyzed.

First,the construction methods of common cable-stayed bridges are summarized.The mechanical characteristics of the construction phase of the cable-stayed bridge are analyzed.The basic theory of geometric nonlinear analysis for long-span cable-stayed bridges and three principle factors that affect geometric nonlinearity of cable-stayed bridges are described.

Then,some typical controllingstagesin the construction process are chosen to study the deformations and the internal forces of some important structures such as tower,girder and cable. The mechanical behavior of the cable-stayed bridge during construction is estimated. At last, some suggestions are given for construction.

Key word：The long-span cable-stayed bridge, construction stage, mechanical behavior

目录

第1章绪论 1

1.1 斜拉桥概述 1

1.2桥梁概况 2

1.3桥塔形式 3

1.4 主梁部分 4

1.5 斜拉索 5

1.6主要技术指标 5

1.7本文研究的主要内容 5

1.7.1研究意义 5

1. 7.2 研究内容 6

第2章斜拉桥施工阶段受力特点及分析理论 7

2.1斜拉桥的施工方法 7

2.2桥塔的施工 7

2.3主梁的施工 8

2.4斜拉索的施工 8

2.5施工阶段有限元分析方法 9

2.6本章小结 9

第3章有限元模型的建立 10

3.1有限元模型的建立 10

3.1.1材料 10

3.1.2截面 10

3.1.3节点的建立 10

3.1.4单元的建立 10

3.1.5定义施工阶段 11

3.1.6定义结构组 13

3.1.7定义边界条件 15

3.2荷载的及荷载组的定义 15

3.2.1一期荷载 15

3.2.2吊车荷载 16

3.2.3二期荷载 16

第4章大跨度斜拉桥施工阶段力学响应分析 17

4.1 概述 17

4.2 主梁结果分析 17

4.2.1轴力 17

4.2.2剪力 19

4.2.3弯矩 19

4.2.4应力 21

4.2.5挠度 24

4.3索塔结果分析 25

4.4 斜拉索索力 27

第5章 结论 29

5.1 结论 29

5.2 展望 30

参考文献 31

致谢 32

第1章绪论

1.1 斜拉桥概述

斜拉桥，作为一种新型的桥形，是用斜拉索直接将主梁悬吊在塔柱上的桥梁。他的手力体系是一种结合的体系，和多种桥梁一样，是靠外主梁来承担受弯和受压的。

斜拉桥是由拉索和主梁主塔构成的，主要利用索和梁的受力特点。梁作为主体受力结构承受着外荷载引起的内力，拉索主要是拉着主梁，给主梁一个竖向和横向的力，竖向力通过主塔传至基础和地基；水平力则对梁施加轴向压力，相当于对梁施加了一定预应力。这样即给了水平的预压力，有了一定的预拱度，又有了竖直的分量，承受张拉和外荷载引起的拉力。而且，还能调整拉索的间距用来改变模拟弹性支乘的横向距离，这样的做法是为了更加合理的分配梁单元的内力，从而大大加大了桥梁的跨越能力。同意是拉索结构，与悬索桥相比起来，斜拉桥结构体系的抗弯、抗扭刚度都会增强很多；特别是自锚式斜拉桥，还能抵消水平分量，从而不需要耗子巨大的锚锭结构。