[博士]超千米級斜拉橋結構體系研究

內容簡介

　　[博士]超千米級斜拉橋結構體系研究　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：同濟大學　　學位年度：2008　　本文是在國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)項目“超千米斜拉橋體系及減災減振技術研究”(編號2006AA11Z120)資助下進行的，以1400m跨度斜拉橋結構體系為主線，開展了全自錨斜拉橋、部分地錨斜拉橋、協(xié)作體系三種結構體系的試設計和成橋狀態(tài)力學特性研究及參數(shù)分析，最后對各橋型進行了經(jīng)濟性能研究。所做的主要工作及主要成果包括:　　 (1)在綜述大跨度纜索承重結構橋梁幾何非線性分析理論的基礎上，對通用有限元分析程序系統(tǒng)ANSYS進行了必要的二次開發(fā)工作，可完成精確施加拉索索力、斜拉索垂度效應模擬、全非線性活載效應分析、荷載組合等橋梁結構特有分析，為本文后續(xù)研究解決了計算工具問題?！　? (2)進行了一座主跨1400m斜拉橋的試設計，通過詳盡的結構分析證明了該跨徑全自錨斜拉橋方案在靜力特性上是成立的;在此過程中，總結出了一套方便、實用的大跨度斜拉橋概念設計階段合理成橋狀態(tài)確定方法，探明了非線性效應對結構響應的影響可達到20%而必須加以考慮，確定了靜力性能中制約跨度增大的幾個關鍵因素;并通過結構計算證實了全飄浮體系和支承體系性能相當，都是可行體系，而固接體系不可行?！　? （3)完成了一座主跨1400m部分地錨斜拉橋的試設計，確定了結構合理成橋狀態(tài)，并通過詳盡的成橋狀態(tài)靜力響應分析證明該方案是成立的。　　（4)對主跨1400m部分地錨斜拉橋開展了成橋狀態(tài)靜力性能參數(shù)研究，應采用全飄浮或支承體系，應設置不超過2個輔助墩，并減小地錨拉索傾角、增大主梁寬度、減小梁高、增大塔高?！　? （5)完成了一座主跨1400m斜拉一懸吊協(xié)作體系方案試設計，總結了結構合理成橋狀態(tài)，特別是懸吊部分纜索索力及真實恒載構形的確定方法，并通過詳盡的成橋狀態(tài)靜力響應分析證明該方案是成立的?！　? （6)對協(xié)作體系方案進行了成橋狀態(tài)靜力性能參數(shù)研究，主要結論如下:吊跨比增大時，主梁壓力減小，主纜軸力和錨錠錨固力增大，主梁活載位移先減小后增大，增大主纜矢跨比有利于減小纜索、主梁及錨旋力，但主塔受力增大，建議在增大主塔斷面的前提下采用較大塔高以增大矢跨比;設置交叉吊索可明顯降低吊索和斜拉索的活載應力幅，但即使不設置交叉吊索也不會出現(xiàn)疲勞問題，建議盡量少設置交叉吊索。　　 (7)對三種體系的成橋狀態(tài)力學性能進行了對比，結果表明部分地錨斜拉橋和協(xié)作體系在后期荷載作用下結構性能相當，具有如下優(yōu)點:主梁壓力和截面面積大幅降低，節(jié)約了全橋材料用量;地錨大幅提高了結構總體剛度;極限靜縱風工況不再控制主塔結構設計。另外，部分地錨斜拉橋在恒載下主跨地錨梁段受拉可能導致拉力控制設計，而協(xié)作體系懸吊段主梁受力很小;協(xié)作體系的優(yōu)點還表現(xiàn)在塔高和最大拉索長度減小，但錨旋受力和體積增大較多，且顫振臨界風速降低，有待通過更精確方法驗證其安全性。　　（8)通過推導全自錨斜拉橋、部分地錨斜拉橋和協(xié)作體系全橋材料用量及造價表達式，對三種體系進行了經(jīng)濟性能對比和參數(shù)分析，主要結論如下:就總造價而言，全自錨斜拉橋最高，協(xié)作體系次之，部分地錨斜拉橋最低;就單位造價而言，協(xié)作體系最高，部分地錨和全自錨斜拉橋幾乎相同;部分地錨斜拉橋總造價隨地錨段主梁長度增大而降低，但單位造價相反;協(xié)作體系總造價和單位造價都隨地錨段主梁長度增大而增大;從經(jīng)濟性角度出發(fā)，塔高應取較小值，因此塔高設定應綜合考慮造價與靜力性能?！　? （9)對本文主要研究工作進行了總結，并對后續(xù)研究進行了展望。

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