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混凝土自锚式悬索桥设计理论研究

石磊  
【摘要】:自锚式悬索桥作为一种特殊悬索桥桥型,在沉寂了多年之后,现在又重新引起工程界的兴趣。它保留传统的悬索桥桥型,以其优美、错落有致的外形受到工程师们的青睐。但由于其本身结构的复杂性,国内外对其研究的资料和成果很少。本文主要的研究重点是自锚式悬索桥的静力设计理论和混凝土自锚式悬索桥的经济性能优化。具体研究了如下内容: 1.悬索桥挠度理论微分方程的精度要高于弹性理论微分方程,但其方程是非线性的,而弹性理论方程是线性的。利用广义大位移变分原理推导出基于挠度理论下的基础微分方程,并得出自锚式悬索桥挠度理论下的基础微分方程等同于地锚式悬索桥在弹性理论下基础微分方程,从而揭示出自锚式悬索桥更适合于弹性理论分析这一问题的实质。 2.对一座中等跨度的正在进行施工中的混凝土自锚式悬索桥——抚顺万新桥进行了详细的设计探索和计算分析。以一座已通车的混凝土自锚式悬索桥——大连金湾桥为例,分析比较混凝土自锚式悬索桥结构的力学特性,研究其拱度、矢跨比变化时引起的内力变化规律,研究混凝土收缩、徐变对内力影响的规律以及与地锚式悬索桥的差别。对于中小跨度的自锚式悬索桥来讲,除了主梁的轴力偏大以外,结构的其余内力与地锚式悬索桥的差别不是很大,差值在10%以内。拱度和混凝土的收缩、徐变的影响比较明显。与相应的水平加劲梁和不考虑收缩、徐变影响的计算结果比较,差值均在20%以上。弹性理论适合于中小跨度的自锚式悬索桥的设计和计算。 3.混凝土自锚式悬索桥材料特性、几何尺寸的随机性对结构的响应的影响是比较显著的。本文先对自锚式混凝土悬索桥进行确定性的几何非线性分析,然后采用响应面法进行非线性随机静力分析。最后针对一座在建的自锚式混凝土悬索桥,计算了在竖向活载作用下材料、几何尺寸的随机性对主梁的结构影响,并对各参数的影响进行了灵敏度的分析,结果表明主梁的随机影响最大,响应面法是一种很有效的随机分析方法。主成份分析法对于非线性回归模型的主要变量的影响分析是比较有效的。 4.建立了基于响应面方法上的混凝土自锚式悬索桥材料造价函数的优化模型。对吉林兰旗松花江大桥的上部结构的材料造价进行了优化研究,通过优化分析可以得到相对性价比比较高的构造尺寸。得出了混凝土自锚式悬索桥最佳的矢跨比在1/7左右。证实了目前正在施工的设计方案是可选的。


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