[碩士]斜拉橋的極限跨徑及其結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的理論分析

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　　[碩士]斜拉橋的極限跨徑及其結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的理論分析　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　斜拉橋的極限跨徑是橋梁工程界探討已久的有趣話題，雖然目前有關(guān)極限跨徑本身的研究已很多，但對(duì)于跨徑增大后特別是接近技術(shù)極限跨徑時(shí)結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究卻少有見(jiàn)到。因此本文基于四座超大跨徑斜拉橋試設(shè)計(jì)方案，闡釋了其結(jié)構(gòu)靜、動(dòng)力性能的合理性，重點(diǎn)研究了靜風(fēng)穩(wěn)定性能和顫振穩(wěn)定性能等主梁的氣動(dòng)穩(wěn)定問(wèn)題，并總結(jié)了上述性能隨主跨跨徑增長(zhǎng)的變化規(guī)律。　　 1.在總結(jié)斜拉橋極限跨徑研究成果的基礎(chǔ)上，確定主梁軸向力是限制斜拉橋跨徑增長(zhǎng)的主要靜力因素。以此作為關(guān)鍵參數(shù)，推導(dǎo)了現(xiàn)有材料水平下斜拉橋跨徑的極限算式，并得到極限跨徑為2500m o　　 2.以主梁軸向應(yīng)力為主要關(guān)注點(diǎn)，對(duì)主跨IOOOm, 1500m, 2000m, 2500m的斜拉橋方案進(jìn)行試設(shè)計(jì)，其構(gòu)件形式和總體參數(shù)參考現(xiàn)有大跨徑斜拉橋設(shè)計(jì)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果?！　? 3.試設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)靜力性能合理性以與蘇通大橋的相關(guān)性能對(duì)比的形式確定。以蘇通大橋的主梁斷面為原型，通過(guò)增加板厚和提高材料等級(jí)，可以滿(mǎn)足所有方案的強(qiáng)度和變形要求;而主跨2000m方案的靜力穩(wěn)定性需增大梁高方能保證，而2500m方案即使增加梁高也不能滿(mǎn)足靜力穩(wěn)定性的要求。　　 4.在深入研究方案的靜風(fēng)響應(yīng)和顫振穩(wěn)定性能之前，開(kāi)展了結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能的參數(shù)影響分析。對(duì)于閉口單箱斜拉橋，結(jié)構(gòu)基頻隨主跨跨徑增大下降明顯;增大梁高有助于提高結(jié)構(gòu)基頻，而增大梁寬反而使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)基頻下降;塔高和橋塔剛度對(duì)結(jié)構(gòu)基頻的影響并不明顯;CFRP拉索材料對(duì)于提高結(jié)構(gòu)基頻的效果隨跨徑增大而愈加顯著?！　? 5.靜風(fēng)荷載作用下同樣存在強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定性問(wèn)題。其中，對(duì)于35.4m的橋?qū)?，主跨超過(guò)2000m后，主梁應(yīng)力將無(wú)法滿(mǎn)足。側(cè)向變形過(guò)大也是斜拉橋跨徑增大后需解決的突出問(wèn)題。二維線性和考慮荷載和幾何非線性的三維靜風(fēng)穩(wěn)定分析均表明，本文試設(shè)計(jì)方案的靜風(fēng)穩(wěn)定安全有足夠的保證?！　? 6.應(yīng)用二維簡(jiǎn)化計(jì)算公式對(duì)各方案的顫振臨界風(fēng)速進(jìn)行了估算，隨后以理想平板和兩種典型閉口箱梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)進(jìn)行了二維禍合顫振計(jì)算。采用蘇通大橋主梁斷面氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)的結(jié)果表明，即使對(duì)于主跨2500m方案仍能保證70m/s左右的臨界風(fēng)速;采用理想平板氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)，則這一數(shù)值可增大至100m/s以上;而采用Great Belt橋主梁氣動(dòng)導(dǎo)數(shù)計(jì)算所得數(shù)值與理想平板的結(jié)果十分接近。這就說(shuō)明閉口單箱斜拉橋通過(guò)自身主梁氣動(dòng)外形的改善還可進(jìn)一步提高其顫振穩(wěn)定性。

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