独塔空间索面自锚式悬索桥设计参数研究

摘要

自锚式悬索桥是一种构造新颖、造型优美的桥型，直接将主缆锚固于加劲梁上，免去了巨大昂贵的锚锭，节省了一大笔费用，适合在地质条件较差地区修建，主缆给加劲梁巨大的水平压力，让其获得了免费预应力。此外，空间索面体系作为一种新型结构形式，其主缆与吊杆形成一个三维的索系，缆索与加劲梁联系更为紧密，缆索对加劲梁的束缚作用增强，从而显著提高了悬索桥的横向刚度和稳定性。因此近年来，空间索面体系逐渐受到桥梁建设者青睐，并且广泛运用于自锚式悬索桥实际工程中。
　　独塔空间索面自锚式悬索桥受力复杂，且计算理论还不够完善，在设计中如何通过调整结构设计参数使得该结构体系在受力方面更加合理是我们现阶段应该研究和补充的，从而使得该体系桥梁在设计上更有科学依据，更加有迹可循。本文以松原天河南汊桥为工程背景，利用Midas Civil建立有限元模型，分析结构主要设计参数对独塔空间索面自锚式悬索桥静、动力特性的影响。本文主要研究内容和结论包括:
　　(1)分别建立空间索面体系与平行索面体系有限元模型，在恒载、活载、温度荷载的作用下，通过计算结构的内力、挠度值，比较结构静力特性有何不同;然后运用特征值分析，选择Lanczos法，通过计算结构主要的振型及自振频率，比较这两种体系横向振动、扭转振动、竖向振动的差别，从而探究这两种体系的动力特性有何不同。分析对比发现，空间索面体系的横向刚度和横向承载能力优于平行索面体系，而这两种体系的竖向刚度基本没有差别。
　　(2)主缆和吊杆的抗拉刚度、矢跨比、吊杆间距、加劲梁的抗弯刚度、恒载集度这些主要结构设计参数对桥梁静、动力特性的具有重大影响。本文采用单一变量法，在保证其它结构设计参数值不变的前提下，只改变一个设计参数值，然后计算结构在恒载、活载作用下的内力、挠度值，分析这一参数变化对结构静力影响;然后运用特征值分析，选择Lanczos法，计算结构主要的振型及自振频率，分析这一参数变化对结构动力特性的影响，探究该设计参数与结构受力性能之间的联系，为设计参数的优化提供借鉴和参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 自锚式悬索桥发展概述

1．1．1 国外自锚式悬索桥发展

1．1．2 国内自锚式悬索桥发展

1．2 自锚式悬索桥的受力特点与基本构造

1．2．1 自锚式悬索桥的受力特点

1．2．2 自锚式悬索桥的加劲梁结构形式

1．3 本文研究的背景和主要研究内容

1．3．1 本文研究的背景

1．3．2 本文研究的内容

第二章 自锚式悬索桥结构分析理论

2．1 自锚式悬索桥基本计算理论

2．1．1 弹性理论

2．1．2 挠度理论

2．1．3 有限位移理论

2．2 自锚式悬索桥分析计算的非线性影晌因素

2．3 自锚式悬索桥几何非线性分析方法

2．3．1 结构大位移引起的非线性效应

2．3．2 初始内力引起的非线性效应

第三章 主缆空间几何形状对自锚式悬索桥的受力影响

3．1 工程概述

3．2 悬索桥的两种体系

3．2．1 有限元模型的建立

3．3 两种体系结构静力特性比较

3．3．1 恒载作用效应分析

3．3．2 活载作用效应分析

3．3．3 温度荷载作用效应分析

3．4 两种体系结构动力特性比较

3．4．1 横向振动的比较

3．4．2 扭转振动的比较

3．4．3 竖向振动的比较

3．5 本章小结

第四章 缆索抗拉刚度对结构静动力特性影响

4．1 主缆抗拉刚度分析

4．1．1 主缆抗拉刚度对结构静力特性的影响

4．1．2 主缆抗拉刚度对结构动力特性的影响

4．2 吊杆抗拉刚度分析

4．2．1 吊杆抗拉刚度对结构静力特性的影响

4．2．2 吊杆抗拉刚度对结构动力特性的影响

4．3 本章小结

第五章 结构设计参数对结构静动力特性影响

5．1 矢跨比对结构的影响

5．1．1 矢跨比对结构静力特性的影响

5．1．2 矢跨比对结构动力特性的影响

5．1．3 小结

5．2 吊杆间距对结构的影响

5．2．1 吊杆间距对结构静力特性的影响

5．2．2 吊杆间距对结构动力特性的影响

5．2．3 小结

5．3 加劲梁刚度对结构的影响

5．3．1 加劲梁抗弯刚度对结构静力特性的影响

5．3．2 加劲梁抗弯刚度对结构动力特性的影响

5．3．3 小结

5．4 恒载集度对结构的影响

5．4．1 恒载集度对结构静力特性的影晌

5．4．2 恒载集度对结构动力特性的影响

5．4．3 小结

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文及参与的工程实践项目