不同跨径斜拉桥适用主梁类型的技术经济特性研究

摘要

为解决斜拉桥传统主梁类型——混凝土梁、传统钢-混组合梁以及钢主梁在使用上的难题，湖南大学邵旭东教授提出了在钢主梁正交异性桥面板上铺设薄层UHPC(Ultra-high performance concrete)的轻型组合梁 I以及用 UHPC华夫桥面板替换传统钢-混组合梁中混凝土桥面板的轻型组合梁 II这两种新型组合结构。本文将这两种轻型组合梁应用于斜拉桥，分析其力学上的可行性，并与具有传统主梁类型的斜拉桥进行技术经济性能分析，主要完成了以下工作：
　　(1)根据斜拉桥各构件的受力模式，推导轻型组合梁斜拉桥材料用量的计算公式，依照材料单价，比较钢主梁斜拉桥与轻型组合梁 I、II斜拉桥的技术经济性能。计算表明：当跨径小于1100m时，轻型组合梁 II斜拉桥比钢主梁斜拉桥和轻型组合梁I斜拉桥具有经济优势；跨径在1100m~1500m范围内时，轻型组合梁I斜拉桥的初始建设造价最低，考虑桥面铺装的更换后，跨径超过1100m时，轻型组合梁I斜拉桥的全寿命经济性能始终最优，即对于跨径超过1100m的斜拉桥，轻型组合梁I可以替代钢主梁。
　　(2)为验证两种轻型组合梁在超大跨径斜拉桥中应用的可行性，拟定了三种不同主梁类型的主跨1100m的斜拉桥方案，并分别建立有限元模型进行整体受力分析和经济性能比较，结果表明：钢梁斜拉桥与两种轻型组合梁斜拉桥的强度、刚度及弹性稳定性能均满足规范要求，三种主梁钢结构部分的应力在同一水平，轻型组合梁斜拉桥的抗风性能与钢梁斜拉桥相近；三种主梁方案斜拉桥的初始建设造价十分接近，轻型组合梁I斜拉桥初始造价比钢梁斜拉桥降低了1％，轻型组合梁 II斜拉桥初始造价比钢梁斜拉桥仅高4%，可以初步确定轻型组合梁 II斜拉桥经济跨径的上限约为1100m。
　　(3)为确定轻型组合梁 II斜拉桥经济跨径的下限，初步设计了一座500m主跨的轻型组合梁II斜拉桥，通过建立有限元模型分析了力学性能，并与混凝土梁斜拉桥和传统组合梁斜拉桥进行技术经济性能比较，分析表明：轻型组合梁II斜拉桥的强度和刚度均满足要求，而且其主梁较为轻质，梁中轴力较小，受压稳定性好。轻型组合梁 II每延米主梁自重比混凝土主梁减轻了约70%，比传统组合梁减轻了30%左右，这大幅降低了拉索、索塔和基础的材料用量，经比较，轻型组合梁II斜拉桥经济跨径的下限在400m~500m之间。

目录

声明

第1章 绪论

1.1斜拉桥概况

1.2斜拉桥主梁中的问题与对策

1.3钢-UHPC轻型组合梁结构

1.4本文的研究内容

第2章 大跨径轻型组合梁斜拉桥技术经济性能分析

2.1大跨径斜拉桥材料用量及造价公式推导

2.2材料用量计算公式的验证

2.3不同主梁类型的千米级斜拉桥技术经济性能指标

2.4轻型组合梁斜拉桥经济跨径

2.5本章小结

第3章 1100m主跨轻型组合梁斜拉桥技术经济特性

3.1钢主梁斜拉桥方案

3.2轻型组合梁I斜拉桥方案

3.3轻型组合梁II斜拉桥

3.4截面几何特性比较

3.5力学性能分析

3.6经济性能

3.7本章小结

第4章 500m主跨轻型组合梁II斜拉桥技术经济特性

4.1 500m主跨的轻型组合梁II斜拉桥方案拟定

4.2力学性能分析

4.3轻型组合梁II斜拉桥与混凝土梁斜拉桥的技术经济性能分析

4.4轻型组合梁 II 斜拉桥与传统组合梁斜拉桥的技术经济性能分析

4.5本章小结

结论及建议

参考文献

致谢

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