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研究生:郭冠廷
研究生(外文):Kou kuan-Ting
論文名稱:斜張橋在活載作用下之影響線分析與探討
論文名稱(外文):Investigation on the Influence Line of the Cable-stayed Bridges
指導教授:苟昌煥苟昌煥引用關係高金盛高金盛引用關係
指導教授(外文):Kuo Chang-HuanGao Jin-Cheng
學位類別:碩士
校院名稱:中華大學
系所名稱:土木工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:144
中文關鍵詞:斜張橋影響線隨機靜力分析輔助墩碳纖維索
外文關鍵詞:Cable-stayed BridgeInfluence LineStochastic Static AnalysisAuxiliary PierCarbon Fiber Composite Cable
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斜張橋為一高度靜不定的結構,纜索的中垂效應、主梁及橋塔的梁柱效應、整體結構的幾何大變形效應,以及材料的非線性效應,更增添斜張橋結構分析上的困難度。
在橋梁結構分析時,活載重的位置變動會直接影響到斷面應力的大小,一般可藉由影響線來確定活載重的臨界位置,進而得出斷面最大應力值,以作為斷面設計之依據;另外,材料與幾何尺寸的不確定性對所得結果會有不同程度之影響,因此如何針對非線性與高靜不定度的斜張橋進行影響線分析,以及材料與幾何尺寸之變動對所得結果之影響程度探討,便成為一個重要研究課題。本文即針對此項課題進行模式建立與分析比較。
文內,除探討建立斜張橋之影響線分析模式,以及隨機靜力分析模式外,並探討比較增設輔助墩以及改採碳纖維索對長跨徑斜張橋影響線之影響,另外亦探討纜索、主梁與橋塔之彈性模數、以及主梁與橋塔之斷面積與慣性矩等七個參數於不同程度變化時對斜張橋影響線分析結果之影響。
研究結果顯示,增設輔助墩可使主梁的垂直位移減少很多;改採碳纖維索可使主梁承受之軸力減少,但會增加主梁的垂直位移與彎矩;纜索彈性模數的變化對斜張橋結構反應的影響最大,其次為主梁與橋塔之慣性矩,影響最小的是橋塔斷面積。
Cable-stayed bridge is a structure with high redundancies. Many nonlinearities such as cable-sag, beam-column, geometrical large-displacement and material- nonlinearity effects increase much difficulty to the structural analysis of the cable-stayed bridge.
In the structural analysis of the bridge, the different position of live load will directly influence the analysis results of sectional force. In general, we can get the critical position of live load and the maximum sectional force by using influence line of bridge, and then we can use these results to design bridge sections. Furthermore, as the uncertainties of material and physical dimension will influence the analysis results, it becomes an important issue to investigate the influence line of the cable-stayed bridge and the influence of variation of material and physical dimension to the analysis results. The objective of this study is to establish the analytical models and use these models to investigate in detail.
Two models for influence line analysis and stochastically static analysis of the cable-stayed bridge were established in this study. In addition, the influence by increasing the auxiliary piers and using carbon fiber composite cables to the influence line of the cable-stayed bridge were also investigated as well. Furthermore, the variation of seven parameters such as the elastic modulus of cable, main girder and tower, the sectional area and the sectional moment of inertial of main girder and tower were also examined.
The numerical results have shown that after increasing the auxiliary piers, the vertical displacement of main girder have decreased quite much. The results have also shown that after using carbon fiber composite cables, the axial force of main girder have decreased, however the vertical displacement. and the moment of main girder have increased. The influence of elastic modulus of cable to the response of the cable-stayed bridge is the maximum, the influence of moment of inertia of main girder and tower are the next, and the influence of sectional area is the minimum.
頁次
中文摘要…………………………………………………………………I
英文摘要……………………………………………………………..….II
致謝…..…………………………………………………………………III
目錄……………………………………………………………………...V
表目錄……………………………………………………………...…VIII
圖目錄…………………………………………………………………..IX

第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 前言……………………………………………………………...1
1.2 研究動機與目的………………………………………………...2
1.3 研究內容………………………………………………………...2
第二章 文獻回顧………………………………………………………4
2.1 前言……………………………………………………………...4
2.2 文獻回顧………………………………………………………...4
2.2.1 非線性效應文獻……………………………………………4
2.2.2 影響線分析文獻……………………………………………7
2.2.3 隨機分析文獻………………………………………………9
第三章 斜張橋結構及非線性效應…………………………………..12
3.1 前言…………………………………………………………….12
3.2 斜張橋之結構系統…………………………………………….12
3.2.1 斜張橋纜索系統(Cable)…………………………………..12
3.2.1(a) 纜索配置形狀…………………………………………13
3.2.1(b) 索面形式……………………………………………...14
3.2.2 斜張橋主梁系統(Girder)………………………………….16
3.2.3 斜張橋橋塔系統(Tower)………………………………….17
3.3 斜張橋之非線性效應……………………………………….....17
3.3.1 幾何非線性………………………………………………..17
3.3.2 材料非線性………………………………………………..19
第四章 分析模式及分析流程…….………………………………….20
4.1 主梁、橋塔及纜索單元增量勁度矩陣之建立……………….20
4.1.1 增量形式之位移函數與應變函數………………………..21
4.1.2 彈性狀態與塑性狀態之材料矩陣………………………..22
4.1.3 主梁和橋塔單元之增量勁度矩陣………………………..26
4.1.4 柔性纜索單元之增量勁度矩陣…………………………..30
4.2 影響線分析理論……………………………………………….33
4.2.1 換算剛度法………………………………………………..33
4.2.2 有限元素法………………………………………………..38
4.2.3 位移互等定理……………………………………………..40
4.3 隨機靜力分析理論.……………………………………………42
4.3.1 響應面法….……………………………………………….44
4.4 斜張橋結構之分析流程……………………………………….46
第五章 案例分析結果探討…...…….………………………………..47
5.1 基本分析資料………………………………………………….47
5.2 分析結果……………………………………………………….48
5.3 影響線之分析比較….…………………………………………48
5.3.1 鋼索與碳纖維索之影響線分析比較….………………….49
5.3.2 改變鋼索彈性模數之影響線分析比較…….…………….50
5.3.3 改變橋塔與主梁彈性模數之影響線分析比較…………..52
5.3.4 增設輔助墩之影響線分析比較…………………………..53
5.4 隨機靜力之分析比較….………………………………………55
5.4.1 隨機靜力分析……………………………………………..55
5.4.2 隨機分析結果探討………………………………………..56
第六章 結論與建議…………………………………………………..59
6.1 結論…………………………………………………………….59
6.2 建議…………………………………………………………….60
參考文獻………………………………………………………………..61
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