本文關(guān)鍵詞：5000m跨徑CFRP纜索懸索橋概念設(shè)計(jì)與抗風(fēng)穩(wěn)定性分析

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【摘要】：懸索橋由于其合理的受力性能,跨越能力在各種橋型中名列榜首,從已建成的日本明石海峽大橋(跨徑1991m),到規(guī)劃中的意大利墨西拿海峽大橋(跨徑3300m),懸索橋的跨徑極限不斷被刷新,朝著更大更長(zhǎng)的方向推進(jìn)成為現(xiàn)代懸索橋的發(fā)展趨勢(shì)。鋼材作為懸索橋纜索結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)材料,因?yàn)楸旧碜灾卮蟮仍蚝茈y適應(yīng)超大跨徑懸索橋的建設(shè)。而CFRP作為一種質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的新型材料,作為懸索橋主纜材料可以發(fā)揮出極大的優(yōu)勢(shì)。目前國(guó)際上對(duì)于CFRP材料在橋梁工程中的應(yīng)用還處于試驗(yàn)階段,因此本文則對(duì)超大跨徑CFRP纜索懸索橋進(jìn)行探索性的研究：本文首先從懸索橋的設(shè)計(jì)入手,對(duì)懸索橋主纜的線性和內(nèi)力的精確計(jì)算進(jìn)行研究。首先推導(dǎo)單索平衡方程,對(duì)比傳統(tǒng)的主纜拋物線公式以及懸鏈線公式的異同。再建立彈性分段懸鏈線方程,提出一種精確計(jì)算主纜線型的解析方法,并推導(dǎo)索段無應(yīng)力長(zhǎng)度,索段內(nèi)力的計(jì)算公式。編制Matlab計(jì)算程序?qū)ζ溥M(jìn)行求解,與有限元軟件計(jì)算出的線型進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,為下文的設(shè)全橋計(jì)奠定基礎(chǔ)。推導(dǎo)了成橋狀態(tài)下懸索橋主纜合理面積的計(jì)算公式,以主纜面積作為控制因素,分別對(duì)鋼、CFRP作為主纜材料進(jìn)行評(píng)價(jià),研究不同主纜材料懸索橋的承載效率以及經(jīng)濟(jì)性能。選擇合理的參數(shù),設(shè)計(jì)了一座主跨5000mCFRP主纜的三跨懸索橋。檢驗(yàn)全橋在6種不同荷載工況下的剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。計(jì)算分析矢跨比、邊-中跨比、恒載集度、橋塔形式等參數(shù)對(duì)其靜力性能的影響。同時(shí)通過數(shù)值計(jì)算給出5000mCFRP懸索橋的前25階自振頻率和振型,總結(jié)變化規(guī)律。計(jì)算分析矢跨比、邊-中跨比、分體式加勁梁槽寬比、加勁梁剛度、中央連接扣等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)5000m跨度CFRP懸索橋的動(dòng)力特性的影響。闡述了風(fēng)致結(jié)構(gòu)靜力失穩(wěn)的基本概念,再采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值方法,計(jì)算對(duì)比了懸索橋分體式和整體式加勁梁斷面的三分力系數(shù)以及風(fēng)場(chǎng)特性。并編制了基于ANSYS 15.0的三維非線性靜風(fēng)穩(wěn)定計(jì)算程序。計(jì)算兩種加勁梁形式50O0mCFRP主纜懸索橋的失穩(wěn)臨界風(fēng)速,并分析在臨界風(fēng)速附近加勁梁以及纜索結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力變化趨勢(shì)。計(jì)算對(duì)比兩種加勁梁方案懸索橋的顫振臨界風(fēng)速。設(shè)計(jì)鋼纜索懸索橋方案與CFRP方案進(jìn)行對(duì)比,計(jì)算并評(píng)價(jià)其動(dòng)力特性和抗風(fēng)性能。
【關(guān)鍵詞】：5000m跨徑懸索橋 CFRP 主纜線形 靜力性能 動(dòng)力特性 CFD 抗風(fēng)性能
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U448.25
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 懸索橋的歷史12-15
• 1.1.1 早期懸索橋12
• 1.1.2 現(xiàn)代懸索橋12-14
• 1.1.3 懸索橋計(jì)算理論14-15
• 1.2 懸索橋的發(fā)展15-17
• 1.2.1 現(xiàn)代懸索橋的建設(shè)遠(yuǎn)景15-16
• 1.2.2 現(xiàn)代懸索橋技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)16-17
• 1.3 懸索橋的纜索材料17-20
• 1.3.1 纜索材料的變遷和瓶頸17-18
• 1.3.2 CFRP材料簡(jiǎn)介18
• 1.3.3 CFRP材料的特性18-19
• 1.3.4 CFRP材料在橋梁工程中的應(yīng)用19-20
• 1.4 論文的主要內(nèi)容20-22
• 第2章 懸索橋成橋態(tài)線型分析22-32
• 2.1 懸索橋主纜線型計(jì)算方法22-23
• 2.2 單索結(jié)構(gòu)線型分析23-26
• 2.2.1 典型單索結(jié)構(gòu)平衡方程23-24
• 2.2.2 懸索受沿跨度方向均勻布荷載的線型計(jì)算24-25
• 2.2.3 懸索受沿索長(zhǎng)方向均勻布荷載的線型計(jì)算25-26
• 2.3 分段懸鏈線計(jì)算模型26-31
• 2.3.1 彈性懸鏈線基本公式26-27
• 2.3.2 基于分段懸鏈線計(jì)算方法27-30
• 2.3.3 算例檢驗(yàn)30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 5000mCFRP纜索懸索橋靜力及動(dòng)力性能分析32-61
• 3.1 懸索橋主纜合理面積估算和材料評(píng)價(jià)32-35
• 3.1.1 主纜截面積估算公式的推導(dǎo)32-33
• 3.1.2 主纜材料的對(duì)比評(píng)價(jià)33-35
• 3.2 5000m跨徑CFRP懸索橋的設(shè)計(jì)35-39
• 3.2.1 設(shè)計(jì)選型36-38
• 3.2.2 有限元模型的建立38-39
• 3.3 5000m跨徑CFRP懸索橋靜力性能分析39-46
• 3.3.1 荷載工況39
• 3.3.2 恒載下靜力性能分析39-40
• 3.3.3 車道活載下靜力性能分析40-44
• 3.3.4 溫度活載下靜力性能分析44-46
• 3.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)靜力性能影響的探究46-53
• 3.4.1 矢跨比46-49
• 3.4.2 邊-中跨比49-50
• 3.4.3 恒載集度50-51
• 3.4.4 新型橋塔51-53
• 3.5 5000m跨徑CFRP懸索橋動(dòng)力性能分析53-56
• 3.5.1 概述53-54
• 3.5.2 5000m跨徑CFRP懸索橋動(dòng)力特性計(jì)算54-56
• 3.6 結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)動(dòng)力性能影響探究56-60
• 3.6.1 矢跨比57
• 3.6.2 邊-中跨比57-58
• 3.6.3 分體式箱梁槽寬比58
• 3.6.4 加勁梁剛度58-59
• 3.6.5 中央連接扣59-60
• 3.7 本章小結(jié)60-61
• 第4章 5000mCFRP纜索懸索橋抗風(fēng)性能分析61-79
• 4.1 靜風(fēng)失穩(wěn)概述61-63
• 4.2 基于CFD方法計(jì)算加勁梁三分力系數(shù)63-68
• 4.2.1 CFD的概念63
• 4.2.2 CFD計(jì)算模型的建立63-65
• 4.2.3 三分力系數(shù)計(jì)算結(jié)果分析65-68
• 4.3 三維非線性靜風(fēng)穩(wěn)定計(jì)算68-73
• 4.3.1 計(jì)算方法及流程68-70
• 4.3.2 計(jì)算模型的建立70-71
• 4.3.3 計(jì)算結(jié)果分析71-73
• 4.4 顫振性能分析73-75
• 4.4.1 顫振的簡(jiǎn)述73-74
• 4.4.2 顫振臨界風(fēng)速的計(jì)算74-75
• 4.5 5000m不同纜索材料懸索橋抗風(fēng)性能對(duì)比75-78
• 4.5.1 模型建立以及動(dòng)力特性對(duì)比分析75-76
• 4.5.2 靜風(fēng)穩(wěn)定性能對(duì)比76-77
• 4.5.3 顫振臨界風(fēng)速對(duì)比77-78
• 4.6 本章小結(jié)78-79
• 結(jié)論與展望79-82
• 致謝82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 攻讀碩士期間參與科研項(xiàng)目與發(fā)表論文87

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：634147