本文關(guān)鍵詞： 橋梁工程 斜拉橋 部分地錨 主梁軸力 豎彎基頻 縱向抗推剛度 索膜假定 拉索豎向支承剛度 修正公式 參數(shù)分析　出處：《長(zhǎng)安大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：現(xiàn)代斜拉橋經(jīng)過短短60余年的發(fā)展,取得了舉世矚目的偉大成績(jī);經(jīng)過一甲子的輪回,也迎來了嶄新的困難和挑戰(zhàn)。人們對(duì)其跨越能力要求的提高決定了斜拉橋需要有更大的跨徑和更多的橋跨,橋梁工程師可以通過增大斜拉橋單跨跨徑或增多斜拉橋的橋跨數(shù)量來解決這一問題。雙塔斜拉橋增大主跨跨徑最主要的限制因素是近塔處主梁軸力過大;發(fā)展多塔斜拉橋最關(guān)鍵的問題是多塔斜拉橋中塔剛度不足、整體穩(wěn)定性差。針對(duì)以上的問題,在橋梁概念設(shè)計(jì)階段不便將所有海選方案進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)或有限元分析,推導(dǎo)相應(yīng)斜拉橋的力學(xué)性能估算公式就顯得尤為重要。本文對(duì)斜拉橋力學(xué)性能的近似解析方法研究所作的工作和取得的成果有:(1)通過對(duì)各文獻(xiàn)的整理分析,得出了主梁軸向壓力是影響斜拉橋跨徑增大的最主要因素,為深入探尋斜拉橋極限跨徑,快速計(jì)算出不同拉索布置型式的大跨斜拉橋主梁軸力,基于密索斜拉橋索膜假定,考慮近塔處與跨中處的主梁無索區(qū)長(zhǎng)度,求解出拉索在主塔上的位置方程,推導(dǎo)恒活載作用下扇形體系斜拉橋主梁軸力修正公式,并簡(jiǎn)化出拉索布置型式為輻射型、豎琴型的斜拉橋主梁軸力公式,且與丹麥學(xué)者Gimsing、我國(guó)學(xué)者王伯惠的軸力公式進(jìn)行對(duì)比及算例驗(yàn)證。研究表明:大跨徑斜拉橋在進(jìn)行主梁軸力計(jì)算時(shí),需要適當(dāng)考慮近塔處主梁無索區(qū)長(zhǎng)度和跨中處主梁無索區(qū)長(zhǎng)度。(2)以鋼主梁極限抗拉、抗壓強(qiáng)度相等即跨中地錨段主梁所受拉力和近塔處主梁所受壓力相等為前提,基于斜拉橋索膜假定,求解部分地錨斜拉橋極限跨徑,并得到其極限錨跨比。推導(dǎo)了部分地錨斜拉橋極限跨徑下的主要力學(xué)指標(biāo)并與有限元解進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明:基于主梁軸力的部分地錨斜拉橋極限跨徑約為普通自錨斜拉橋的1.4倍,其極限錨跨比約為0.293;本文推導(dǎo)的部分地錨斜拉橋主要力學(xué)指標(biāo)的公式解與有限元解基本吻合。(3)為深入分析基于主梁軸力的部分地錨交叉索斜拉橋極限跨徑,作出四類斜拉體系主梁軸力簡(jiǎn)圖,驗(yàn)證了部分地錨斜拉橋及部分地錨交叉索斜拉橋的主梁受力優(yōu)越性。以充分利用鋼材的極限強(qiáng)度為前提,對(duì)于帶有交叉索的部分地錨斜拉橋,令其跨中交叉索區(qū)段主梁最大軸壓力等于近塔處的主梁軸壓力,基于斜拉橋索膜假定,求解其極限跨徑、極限錨跨比及主要力學(xué)指標(biāo),并與有限元結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。研究結(jié)果表明:部分地錨交叉索斜拉橋極限跨徑為普通自錨斜拉橋的1.5倍,其極限錨跨比約為0.333;本文推導(dǎo)的公式能滿足概念設(shè)計(jì)階段的要求,適用于快速分析部分地錨交叉索斜拉橋的受力特征與主要力學(xué)指標(biāo)。(4)基于最簡(jiǎn)單的多塔斜拉橋——三塔斜拉橋,考慮主塔剛度對(duì)振動(dòng)頻率的影響,應(yīng)用Rayleigh法,給出了主梁豎向自由振動(dòng)的振型函數(shù)和主塔縱向自由振動(dòng)的振型函數(shù),并推導(dǎo)出考慮主塔剛度影響的三塔斜拉橋豎彎基頻公式,且對(duì)其精確性進(jìn)行了多個(gè)算例驗(yàn)證。研究表明:主塔剛度對(duì)于三塔斜拉橋豎彎基頻影響較大,計(jì)算時(shí)應(yīng)予以考慮。(5)為探尋多塔斜拉橋剛度特征,選取三塔斜拉橋建立彈簧剛度等效模型,基于變形協(xié)調(diào)原理,求解多塔斜拉橋邊塔、非邊塔縱向抗推剛度,對(duì)推導(dǎo)的公式進(jìn)行算例驗(yàn)證,根據(jù)推導(dǎo)的橋塔縱向抗推剛度公式分析了塔頂縱向位移及橋塔縱向抗推剛度與橋塔自身剛度、左右跨主梁剛度、拉索與主梁夾角、拉索線剛度和橋塔上拉索錨固間距等因素有關(guān),并結(jié)合國(guó)內(nèi)外盛名的幾座多塔斜拉橋探討了工程實(shí)際中提升橋塔縱向抗推剛度的措施。(6)基于變形協(xié)調(diào)原理對(duì)單位荷載作用下多塔斜拉橋拉索豎向支承剛度進(jìn)行了公式推導(dǎo),計(jì)算過程中考慮了橋塔的自身剛度、主梁自身剛度、拉索變形和橋塔的彈性壓縮等因素,且對(duì)計(jì)算中產(chǎn)生的提供拉索伸長(zhǎng)的水平力和提供橋塔偏位的水平力等進(jìn)行了分別求解。研究結(jié)果表明:本文推導(dǎo)的拉索豎向支承剛度公式可以較真實(shí)的反應(yīng)多塔斜拉橋的剛度特征,可以為多塔斜拉橋的概念設(shè)計(jì)提供依據(jù)和參考。(7)為深入研究跨中交叉索對(duì)多塔斜拉橋的作用機(jī)理,基于變形協(xié)調(diào)原理,推導(dǎo)了在塔、梁自身剛度影響下,交叉索對(duì)多塔斜拉橋縱向抗推剛度的估算公式,并進(jìn)行算例驗(yàn)證。研究表明:跨中交叉索可以使主梁撓度減小,進(jìn)而提高多塔斜拉橋的整體剛度。多塔斜拉橋整體剛度隨交叉索數(shù)量的增加而增大,設(shè)置10對(duì)交叉索后中塔塔頂偏位減小量高達(dá)51%,但橋塔剛度增大趨勢(shì)逐漸減緩。對(duì)于交叉索多塔斜拉橋而言,橋塔自身剛度的改變對(duì)中塔抗推剛度的影響大于主梁,但二者皆小于跨中交叉索對(duì)中塔抗推剛度的影響。
[Abstract]:In this paper , it is very important to calculate the ultimate span of cable - stayed bridge by increasing the span of cable - stayed bridge . ( 3 ) For the deep analysis of the ultimate span of the cable - stayed bridge with cross - cable stayed bridge , the paper analyses the influence of the rigidity of the main tower on the vertical bending fundamental frequency of the cable - stayed bridge . The results show that the ultimate span of the cable - stayed bridge is equal to about 0.333 . ( 7 ) In order to study the effect mechanism of cross - center cross - cable on multi - tower cable - stayed bridge , the formula for estimating the longitudinal anti - thrust stiffness of multi - tower cable - stayed bridge under the influence of rigidity of tower and beam is deduced based on the principle of deformation coordination .

【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：U448.27

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