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斜拉—悬索协作体系桥的结构体系研究及其弹性地基梁算法

夏国平  
【摘要】: 斜拉-悬索协作体系桥作为一种集斜拉桥和悬索桥于一体的缆索承重桥梁,兼具二者的优势,扬长避短,且结构新颖、工程造价低,因此受到越来越多的重视。随着研究的一步步深入,人们对这种桥型的静动力学性能的了解越来越深入。但是由于真正建成的实桥甚少,对这种桥型的尝试主要还停留在方案设计阶段,大部分设计工作者对该桥型缺乏总体性的把握,设计经验不足,导致这种桥型的推广应用存在很大障碍。现在摆在桥梁工作者面前一个很重要的任务就是为这种桥型的推广应用创造更多的机会,让更多的人在设计方案中想到并熟练的应用这种桥型。这就需要全面了解这种桥梁结构体系较之其他桥型的优缺点并能从总体上把握它的结构受力特性,而且需要有一些简单实用的计算方法来对这种桥型进行初步分析。为此,本文做了如下工作: (1)对斜拉-悬索协作体系桥的结构体系进行了研究,并分析了矢跨比、吊跨比和边跨辅助墩这几个因素对结构力学性能的影响。进行了斜拉-悬索协作体系桥与斜拉桥、悬索桥的对比研究;进行了自锚式斜拉-悬索协作体系桥与地锚式斜拉-悬索协作体系桥之间的对比研究,并分析总结了产生差别的原因。 (2)推导了三跨支承等刚度梁、单跨简支等刚度梁和单跨简支混合梁三种不同形式斜拉-悬索协作体系桥的索梁活载比计算公式,并归纳为一个统一的计算式,每种情况通过不同的系数取值来表征主梁支承形式及刚度分布的不同。研究了斜拉-悬索协作体系桥索梁活载比与拉索倾角、拉索面积、主缆面积、主缆矢跨比、吊跨比及主梁刚度等参数之间的变化关系;研究了索梁活载比的变化对斜拉-悬索协作体系桥的弯矩、挠度和索力变幅的影响规律,有助于在初步设计阶段把握结构的总体特性。 (3)基于温克尔假定,推导了求解弹性地基梁的传递矩阵新解法,推导时计入了轴向力的影响,在边界条件、荷载形式、刚度、弹性地基系数等因素发生变化时都能对弹性地基梁进行求解,其本质上是一种离散的解析计算方法,具有很高的精度。推导了斜拉-悬索协作体系桥的重力刚度,包括恒载状态下水平方向的刚度以及在活载作用下的竖向刚度;推导了斜拉索对主梁的弹性支承刚度。 (4)将弹性地基梁法应用于斜拉-悬索协作体系桥的活载内力和位移计算中,并通过一个算例验证了该方法的有效性和精确度。对利用弹性地基梁法来进行实用简化分析的优缺点进行了总结,为这种方法在缆索承重桥梁中的应用提供建议。


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