摘 要

斜拉桥是一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要的桥型。斜拉桥具有高次超静定柔性结构体系，施工过程会影响到成桥阶段的性能，在施工过程中又会有结构体系的变化，会给桥梁的结构带来较复杂的内力和位移变化，因此对大跨度斜拉桥施工过程的分析是十分必要的。

本篇论文以西固黄河大桥为例，运用Midas/Civil建立模型，对大跨度斜拉桥施工过程中的结构内力与以及变形进行分析。论文涉及的内容以及分析的结果：综述大跨度斜拉桥斜拉桥的发展现状，在建设大跨度斜拉桥时常用的施工方法以及优缺点，斜拉桥在关键施工各阶段塔、主梁、斜拉索的受力特性。通过运用Midas/Civil软件来对主梁、桥塔以及斜拉索等主要的受力构件在各个关键施工阶段中的结构内力以及不同方向的位移情况，来对大跨度斜拉桥的施工阶段的力学行为进行评估。最后给出一些施工建议，对桥梁的结构进行审核与优化。

关键词：大跨度斜拉桥；结合梁；施工过程；有限元分析

Abstract

Cable-stayed bridge, as a cable system, has larger span capability than Beam bridge, and is the main bridge type of Long-span bridges. However, due to its high order statically indeterminate flexible structure system, the construction process related to the state of the bridge and especially structural system transformation in the construction phase, the bridge structure will inevitably bring more complex internal forces and displacement changes.

In order to understand the stress and stability behavior of cable-stayed bridge during construction, this paper takes the Xigu Yellow River bridge as an example, uses the finite element program Midas to set up the whole bridge finite element model, and analyzes the construction process of Long-span cable-stayed bridge with girder. The main research contents, as well as the main conclusions are as follows: This paper summarizes the development status and future development trend of cable-stayed bridges at home and abroad, sums up the common construction methods of cable-stayed bridges and the stress characteristics of cable-stayed bridges during each construction stage.Then, by analyzing the internal force and deformation of main beam, pylon and cable-stayed cables, some typical control construction stages are analyzed in detail to evaluate mechanical behavior of Long-span cable-bridge in construction phase. Finally, some construction suggestions are given, which relates to checking and optimizing the structure of bridge.

Key Words：the long-span cable-stayed bridge；combination beam；construction process；finite element analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 斜拉桥概述 1

1.2 大跨度斜拉桥发展情况 1

1.3 混合梁斜拉桥 3

1.4 桥梁概况 3

1.4.1 桥塔形式 4

1.4.2 主梁 4

1.4.3 斜拉索 5

1.4.4 结构体系 6

1.4.5 主要技术指标 6

1.4.6 主要材料 6

1.5 本文主要研究的主要内容及意义 6

1.6 本章小结 7

第2章 斜拉桥施工阶段受力特点及理论分析 8

2.1 概述 8

2.2 斜拉桥的施工方法 8

2.2.1 桥塔的施工 8

2.2.2 主梁的施工 9

2.2.3 斜拉索的施工 9

2.3 斜拉桥施工阶段受力特点 10

2.4 施工阶段有限元分析方法 11

2.4.1 正装法 11

2.4.2 倒拆法 11

2.4.3 无应力状态法 11

2.5 本章小结 11

第3章 有限元模型的建立 12

3.1 材料 12

3.2 有限元模型的建立 12

3.2.1 主梁和桥面板模型建立 12

3.2.2 桥塔建立 13

3.2.3 斜拉索的建立 14

3.3 边界条件约束 15

3.3.1 边界条件约束 15

3.4 定义施工阶段 16

3.4.1 定义结构组 16

3.4.2 荷载以及荷载组定义 19

3.5 本章小结 20

第4章 大跨度斜拉桥施工阶段力学相应分析 21

4.1 概述 21

4.2 主梁 21

4.2.1 轴力 21

4.2.2 剪力 23

4.2.3 弯矩 23

4.2.4 应力 24

4.2.5 挠度 26

4.3 索塔 28

4.4 斜拉索 28

第5章 结论 30

5.1 结论 30

参考文献 31

致 谢 32

第1章 绪论

1.1 斜拉桥概述

斜拉桥又称斜张桥，是将主梁用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁，是由塔、拉索和梁三种基本构件组成,是桥面体系受压，支撑体系受拉的缆索承重结构。按塔的数量来进行分类，有单塔和多塔；按索面来进行分类，可以分成单索面与多索面；按索的形状来进行分类，有辐射式，竖琴式。大跨度斜拉桥中，主梁是承受着大部分的外力，比如结构自重、二期恒载、移动荷载、车辆荷载，斜拉索通过一定的锚固形式为主梁提供弹性支撑使斜拉桥成为连续梁体系，这有益于平衡结构内较大的应力与弯矩，而斜拉索的竖直分力则通过桥塔作用于地基上。这种体系可以降低主梁的高度，使梁的弯矩、应力降低，从而加大了斜拉桥的跨越能力，这也是如今桥梁工程师广泛采用这种桥型的原因。

在很久以前，斜拉桥这种桥型就已经初具雏形，例如：4000年前建立在护城河上用于通过军队或是车马的护城河，古埃及海船上用于工作作业与指挥的工作天桥，以及在亚洲老挝和印度尼西亚等地方建造的的竹制斜拉桥。然而由于特定的历史时期，人们并不能很好的分析出桥梁相应的应变与应力，只能通过日常的工作经验与前人留下的知识来粗略的修建简易的斜拉桥。现如今，由于大跨度斜拉桥的理论逐渐完善，它逐渐成为现代桥梁工程中发展最快、最具有竞争力的桥型之一。

1.2 大跨度斜拉桥发展情况

斜拉桥从上世纪50年代开始修建以来，人们对于斜拉桥这种桥型给予了厚望，世界各地发展非常迅速，同时人们也在尝试不断修建更大跨径的斜拉桥以此来满足日常的需要。在以后的几十年里，斜拉桥跨径不断的被刷新，由最初的100m、左右的跨径达到了以后的1000m，现在更多更长跨径的斜拉桥也在不断的出现。最近，中国的斜拉桥技术也有了极大的提高，尤其近些年修建的大跨度斜拉桥比如西固黄河大桥令世界为之震惊。