[博士]超千米級(jí)斜拉橋結(jié)構(gòu)體系研究

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　　[博士]超千米級(jí)斜拉橋結(jié)構(gòu)體系研究　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)　　學(xué)位年度：2008　　本文是在國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)項(xiàng)目“超千米斜拉橋體系及減災(zāi)減振技術(shù)研究”(編號(hào)2006AA11Z120)資助下進(jìn)行的，以1400m跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)體系的試設(shè)計(jì)和成橋狀態(tài)力學(xué)特性研究及參數(shù)分析，最后對(duì)各橋型進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)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(jié)構(gòu)橋梁幾何非線性分析理論的基礎(chǔ)上，對(duì)通用有限元分析程序系統(tǒng)ANSYS進(jìn)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(yīng)模擬、全非線性活載效應(yīng)分析、荷載組合等橋梁結(jié)構(gòu)特有分析，為本文后續(xù)研究解決了計(jì)算工具問題。　　 (2)進(jìn)行了一座主跨1400m斜拉橋的試設(shè)計(jì)，通過詳盡的結(jié)構(gòu)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(jié)出了一套方便、實(shí)用的大跨度斜拉橋概念設(shè)計(jì)階段合理成橋狀態(tài)確定方法，探明了非線性效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響可達(dá)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(gè)關(guān)鍵因素;并通過結(jié)構(gòu)計(jì)算證實(shí)了全飄浮體系和支承體系性能相當(dāng)，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(shè)計(jì)，確定了結(jié)構(gòu)合理成橋狀態(tài)，并通過詳盡的成橋狀態(tài)靜力響應(yīng)分析證明該方案是成立的。　　（4)對(duì)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(yīng)采用全飄浮或支承體系，應(yīng)設(shè)置不超過2個(gè)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(shè)計(jì)，總結(jié)了結(jié)構(gòu)合理成橋狀態(tài)，特別是懸吊部分纜索索力及真實(shí)恒載構(gòu)形的確定方法，并通過詳盡的成橋狀態(tài)靜力響應(yīng)分析證明該方案是成立的?！　? （6)對(duì)協(xié)作體系方案進(jìn)行了成橋狀態(tài)靜力性能參數(shù)研究，主要結(jié)論如下:吊跨比增大時(shí)，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(shè)置交叉吊索可明顯降低吊索和斜拉索的活載應(yīng)力幅，但即使不設(shè)置交叉吊索也不會(huì)出現(xiàn)疲勞問題，建議盡量少設(shè)置交叉吊索?！　? (7)對(duì)三種體系的成橋狀態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)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(jié)構(gòu)性能相當(dāng)，具有如下優(yōu)點(diǎn):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(jié)構(gòu)總體剛度;極限靜縱風(fēng)工況不再控制主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，部分地錨斜拉橋在恒載下主跨地錨梁段受拉可能導(dǎo)致拉力控制設(shè)計(jì)，而協(xié)作體系懸吊段主梁受力很小;協(xié)作體系的優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在塔高和最大拉索長(zhǎng)度減小，但錨旋受力和體積增大較多，且顫振臨界風(fēng)速降低，有待通過更精確方法驗(yàn)證其安全性?！　? （8)通過推導(dǎo)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(jià)表達(dá)式，對(duì)三種體系進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能對(duì)比和參數(shù)分析，主要結(jié)論如下:就總造價(jià)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(jià)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(jià)隨地錨段主梁長(zhǎng)度增大而降低，但單位造價(jià)相反;協(xié)作體系總造價(jià)和單位造價(jià)都隨地錨段主梁長(zhǎng)度增大而增大;從經(jīng)濟(jì)性角度出發(fā)，塔高應(yīng)取較小值，因此塔高設(shè)定應(yīng)綜合考慮造價(jià)與靜力性能。　　（9)對(duì)本文主要研究工作進(jìn)行了總結(jié)，并對(duì)后續(xù)研究進(jìn)行了展望。

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