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多塔组合斜拉桥结构体系及其长期性能研究

李政圜  
【摘要】:多塔组合斜拉桥体系在国内外桥梁工程建设中得到快速发展,但对多塔斜拉桥结构体系及组合斜拉桥长期性能的研究尚不完善。本文以多塔组合斜拉桥为研究对象,聚焦机理分析、程序实现、工程运用三个层次,针对多塔斜拉桥刚度体系及多塔组合斜拉桥长期性能两个关键问题展开研究,取得的主要研究成果如下:(1)建立了多塔斜拉桥纵向刚度理论并开发了纵向刚度计算程序。纵向刚度理论以多弹簧模型为基础,体现了多塔斜拉桥纵向刚度传递的特性,同时诠释了斜拉桥中拉索间刚度相互影响的机理。基于本文模型与有限元模型大量算例的结果对比,验证了纵向刚度计算程序的精度。(2)建立了多塔斜拉桥竖向刚度体系并开发了竖向刚度计算程序。以纵向刚度理论为基础,推导了考虑体系修正的拉索竖向支承刚度;基于多塔斜拉桥受力特性,提出了塔-索-梁体系耦合迭代求解的理论计算方法;同时模型考虑了拉索垂度效应、弯矩-轴力耦合效应等结构的几何非线性。基于柔性体系多塔斜拉桥及矮塔斜拉桥算例的分析结果,验证了程序的精度及有效性。程序可为多塔斜拉桥的工程初步设计及研究提供便捷的分析平台。(3)以蒙华铁路洞庭湖大桥为例,分析了多塔斜拉桥刚度提升措施的机理,定量比选了各类刚度提升措施对结构性能的影响。重点诠释了斜向加劲索、交叉索、水平加劲索三类索体系加劲措施的机理及刚度提升效率,并将加劲索体系分析方法集成到了竖向刚度计算程序中。集成后的刚度体系计算程序能分析不同刚度提升措施对多塔斜拉桥的影响,拓宽了程序的运用范围。(4)基于ABAQUS软件平台,以指数算法为基础,开发了三维混凝土收缩徐变分析子程序。结合文献报道的混凝土梁及组合梁长期性能试验,验证了混凝土收缩徐变分析子程序的有效性。(5)以二七长江大桥为例,分析了多塔组合斜拉桥长期受力性能的规律,明确了多塔体系与两塔体系在长期状态下的差异。受结构体系影响,同等跨径下,三塔组合斜拉桥收缩徐变引起的主梁附加挠度要小于两塔组合斜拉桥。主梁收缩徐变效应导致的主梁压缩为多塔组合斜拉桥长期性能的主要影响因素,设计时应注意长期状态下边跨背索的卸载、桥塔附近主梁负弯矩的增加对结构造成的影响。


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