大跨无背索竖琴式斜拉桥合理结构型式研究

摘要

无背索斜拉桥是一种全新概念的桥梁结构形式，它利用塔柱倾斜来平衡桥面恒载和活载，不设背索，丰富了桥梁结构和景观之间的协调关系，达到了造型优美独特的效果，打破了传统桥梁设计理念。无背索斜拉桥虽然结构受力比常规的直塔斜拉桥复杂得多，但是，它优美独特造型和杰出的景观效果得到了广泛的认可，并越来越多的得到工程界的应用。因此，对这种桥型的合理结构型式进行探索和研究，为同类型桥梁结构的设计和施工提供一定的借鉴和参考均具有十分重要的现实意义。 本文以长沙市洪山大桥为工程背景，参照Alamillo桥和其他同类桥型的相关资料，借助平面及空间有限元分析方法这一手段，从设计的角度通过改变一些重要的设计参数对无背索斜拉桥的合理结构型式进行了探讨。主要从以下几个方面着手。 1.从无背索斜拉桥不同于常规的斜拉桥的受力特点出发，比较了无背索斜拉桥与常规直塔斜拉桥的力学行为差异。结合收集到的国内、外目前已建和在建的10座无背索斜拉桥的相关资料，根据塔、梁、索的布置形式对其进行结构体系的分类，通过大量的平面和空间有限元计算分析得出带辅助孔的刚构体系既可以减小主梁跨中挠度又可以减小斜塔柱向主跨侧前倾的纵向和竖向位移，还可以大大提高结构的竖向刚度和自振频率。 2.通过改变洪山桥斜塔柱和主梁的设计参数，如塔、梁重量的增减和刚度的变化、斜塔合理倾角的选取、主梁结构选型和截面形式、拉索在塔内的锚固位置和形式、主梁无索区长度和辅助孔的跨度以及主梁梁端连接构造和主梁施工方法的合理性等对结构受力的影响来探讨大跨无背索斜拉桥的合理结构型式。3.采用频率法弦振理论简化计算索力的公式对洪山桥在挂索期间的索力进行测试计算，通过测试计算结果来对洪山桥索力的变异性和敏感性进行分析。4.最后，综合计算数据得出结论、提出有待研究的问题。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1斜拉桥的发展概述

1.1.1结构材料多样化

1.1.2密索、柔梁体系取代稀索体系

1.1.3矮塔斜拉桥

1.1.4多塔斜拉桥

1.1.5独塔斜拉桥

1.1.6无背索斜塔斜拉桥

1.2无背索斜塔斜拉桥的发展概况

1.3国内、外对无背索斜塔斜拉桥研究的历史和现状

1.4本课题的来源

1.5本文研究的内容及意义

第2章无背索斜拉桥结构体系分类及受力特性分析

2.1概述

2.2无背索斜拉桥的现状调查

2.3桥跨布置

2.3.1单跨式

2.3.2主跨+辅助孔(或过渡孔)

2.3.3边跨+主跨+辅助孔(或过渡孔)

2.4塔、梁、墩三者联接方式

2.5斜塔的布置形式及材料

2.5.1斜塔的布置形式

2.5.2索塔所用的材料

2.6主梁截面形式及材料

2.6.1主梁截面形式

2.6.2主梁所用材料

2.7斜拉索的布置形式

2.7.1斜拉索在空间内的布置形式(索面布置)

2.7.2斜拉索在索面内的布置形式(索面形状)

2.8结构体系计算分析

2.8.1刚构体系计算分析

2.8.2简支体系(或连续体系)计算分析

2.9本章小结

第3章大跨无背索斜拉桥塔柱的合理结构型式分析

3.1引言

3.2斜塔柱自重的确定及塔柱重量的增减对结构受力的影响分析

3.2.1塔柱重量的确定

3.2.2塔柱重量的增减对结构受力的影响分析

3.3斜塔倾角的合理选取

3.3.1斜塔柱合理倾角θ的理论推导

3.3.2斜塔柱倾角、高度与主跨跨度的关系

3.3.3洪山桥不同塔柱倾角θ的计算分析

3.4斜塔的刚度对结构受力的影响分析

3.5斜拉索的在塔内的合理锚固位置和形式分析

3.6本章小结

第4章大跨无背索斜拉桥主梁的合理结构型式分析

4.1概述

4.2主梁自重超重对结构受力的影响分析

4.3主梁的无索区长度和辅助孔的跨度的合理选取

4.3.1辅助孔的跨度变化对结构的影响分析

4.3.2无索区长度变化对结构的影响分析

4.4主梁结构选型和截面形式的合理性分析

4.4.1主梁结构选型的合理性分析

4.4.2主梁截面形式的比较分析

4.4.3结构计算分析

4.5主梁梁端连接构造的合理性分析

4.5.1主梁与塔根部固结梁端的连接构造

4.5.2主梁与辅助孔相接梁端的连接构造

4.6主梁施工方法的合理性分析

4.7本章小结

第5章洪山桥拉索索力敏感性分析

5.1引言

5.2拉索的构造

5.2.1钢索

5.2.2锚具

5.2.3过渡段

5.2.4拉索的防护

5.3索力测量

5.3.1拉索振动分析

5.3.2拉索索长折减公式

5.4索力敏感性分析

5.4.1理论计算分析

5.4.2施工阶段的索力测试分析

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

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