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大跨度自锚式悬索桥结构体系及静动力性能研究

胡建华  
【摘要】: 近年来,自锚式悬索桥以其优美的线型、新颖的外观以及选址灵活等特点而越来越受到青睐,一大批大跨度自锚式悬索桥也就应运而生。为了确保自锚式悬索桥施工和成桥运营期间的安全,使得自锚式悬索桥结构的设计更加经济合理,本文以广东佛山平胜大桥独塔自锚式悬索桥为工程背景,开展了大跨度自锚式悬索桥结构体系及静动力性能方面的研究。本文的研究工作和取得的主要成果有: 1.将大旋转小应变空间梁(杆)单元与两节点空间悬链线索单元结合起来,形成了一套完整的适合于悬索桥结构分析的几何非线性有限元计算方法。 2.结合设计基本资料及设计技术要求,提出了平胜大桥桥型方案的设计构思,并对平胜大桥独塔自锚式悬索桥的结构体系进行了创新性设计。 3.提出了一套基于几何非线性有限元理论的模拟自锚式悬索桥施工全过程的精细迭代算法,对平胜大桥进行了施工过程的模拟分析,详细讨论了吊索的张拉方案及二期恒载的加载方案,并进行了全桥模型施工过程模拟试验研究,结果表明:吊索由主塔向边墩张拉和成桥前进行桥面铺装分别为吊索张拉和二期恒载加载的最佳方案;试验测试值与理论计算值吻合较好,说明本文提出的自锚式悬索桥施工过程模拟算法具有较高的精度。此外,对平胜大桥的整体稳定性及极限承载力进行了分析,并在全桥模型上进行了超载试验研究,结果表明,平胜大桥的总体稳定是有保障的。 4.研究了主缆矢跨比、加劲梁刚度、主塔刚度、主缆抗拉刚度等结构参数变化对平胜大桥静力力学性能的影响。对平胜大桥和与之具有相同结构参数的地锚式悬索桥模型进行了动力特性分析,并研究了主缆矢跨比、恒载集度、加劲梁刚度、主塔刚度、主缆抗拉刚度、吊索抗拉刚度等结构参数变化对两类悬索桥动力特性的影响。 5.分别用反应谱方法和时程分析方法对平胜大桥拟定的3种结构体系进行了抗震分析,结果表明:3种结构体系的位移及内力反应有较大差异,竖向地震动分量对地震反应的影响较大,而行波输入对类似平胜大桥的独塔自锚式悬索桥的地震反应影响较小。根据抗震分析结果,选定了结构体系,采用了摩擦支座减震技术,并对磁流变阻尼器减震技术进行了探讨。 6.针对大跨度自锚式悬索桥可能存在的风致振动,对平胜大桥进行了节段模型和全桥模型风洞试验研究,研究表明:平胜大桥具有足够的抗风稳定性。此外,结合平胜大桥串列双桥面和串列双主缆的结构特点,对串列双桥面及串列双主缆的空气动力学特性分别进行了大量风洞试验研究,结果表明:受气动干扰影响,串列双桥面的颤振临界风速和串列双主缆的尾流驰振临界风速会随双桥面间和双


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