自锚式斜拉—悬索协作体系桥静力性能分析

摘要

自锚式斜拉一悬索协作体系桥作为一种全新的结构体系，兼备了自锚式悬索桥和斜拉桥的许多优点，结构体系则更为复杂。它既相对自锚式悬索桥有较高的抗风稳定性，又相对斜拉桥降低了主塔高度；它的主梁既不用全部用钢来制造，又可以省去庞大的锚碇，因而能适应复杂软弱地质条件并能节省大量资金，因此可以说在桥梁领域一定会有很大的发展空间。本文结合400m主跨的金州海湾大桥这一实际工程方案，对自锚式斜拉一悬索协作体系桥的静力性能进行了分析，具体工作如下： (1)首先建立了金州海湾大桥有限元平面分析模型，采用了线性二阶计算方法和非线性计算方法两种方法对活荷载作用下的体系进行了计算，确定了线性二阶方法的计算误差范围，讨论了能否用线性二阶的方法代替非线性的方法来提高效率的可行性；其次进一步分析了整体升降温、混凝土收缩徐变、温度梯度、索梁温差、桥塔日照和基础沉降作用对体系的影响，确定了其影响程度；最后还分别列出了主梁、主塔等主要构件在最不利工况下的内力值和应力值，并校核是否满足规范要求。 (2)基于有限元理论，考虑了荷载作用下的结构大位移、斜拉索自重垂度、缆索初始内力、压弯耦合产生的梁一柱效应等多种非线性因素，针对矢跨比、辅助墩设置位置、边中跨比及不同结构体系等主要设计参数，对金州海湾大桥进行了不同荷载作用下的结构静力性能对比分析，总结了这些参数的影响程度及取值范围；针对该体系可能存在的端吊索疲劳问题，进行了疲劳控制研究；并简要讨论了针对金州海湾大桥提出的两种方案的施工步骤，对两种施工方案进行了简要的经济对比分析。 (3)建立了金州海湾大桥有限元空间分析模型，分析了其在静风荷载作用下的响应。校核了体系的横向屈曲临界风速和扭转发散临界风速是否满足规范要求；讨论了初始攻角、是否考虑桩基础、斜拉索的建模分段形式及附加攻角等参数对静风荷载作用下的体系的影响。

目录

文摘

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1绪论

1.1概述

1.2斜拉—悬索协作体系桥的几种结构形式

1.2.1罗勃林体系

1.2.2狄辛格体系及修正的狄辛格体系

1.2.3斯坦因曼体系

1.2.4林同炎公司提出的斜拉—悬索协作体系

1.2.5吉姆辛体系

1.3国内外斜拉—悬索协作体系桥及方案

1.4斜拉—悬索协作体系桥的一般受力特点

1.5斜拉—悬索协作体系桥的优缺点

1.6本文的主要工作

2自锚式混凝土斜拉—悬索协作体系桥的分析理论

2.1引言

2.2悬索桥分析理论

2.2.1弹性理论

2.2.2挠度理论

2.2.3有限位移理论

2.2.4理论实质

2.3斜拉桥分析理论

2.4自锚式斜拉—悬索协作体系分析的非线性因素

2.5非线性有限元问题的解法

2.5.1荷载增量法

2.5.2迭代法

2.5.3混合法

2.5.4带动坐标的迭代法

2.6自锚式斜拉—悬索协作体系有限元分析模型的建立

3自锚式斜拉—悬索协作体系桥力学性能研究

3.1金州海湾大桥方案设计简介

3.2活荷载作用下的非线性分析

3.3系统升降温的影响

3.4混凝土收缩徐变的影响

3.5温度梯度、索梁温差、桥塔日照及基础变位的影响

3.6斜拉索垂度的影响

3.7最不利组合荷载作用下控制截面的确定

3.8小结

4自锚式斜拉—悬索协作体系桥参数对比分析

4.1主缆矢跨比的影响分析

4.2辅助墩的影响分析

4.2.1辅助墩各工况在活载作用下对体系的影响分析

4.2.2辅助墩各工况在整体升降温作用下对体系的影响分析

4.2.3辅助墩各工况在收缩徐变作用下对体系的影响分析

4.2.4辅助墩各工况的其它影响分析

4.3交叉吊索的影响分析

4.4端吊索疲劳问题分析

4.5边跨比的影响分析

4.6拱度的影响分析

4.7自锚体系与地锚体系的对比分析

4.8施工过程分析

4.9小结

5自锚式斜拉—悬索协作体系桥静风响应分析

5.1设计基准风速、阵风风速的确定

5.1.1设计基准风速

5.1.2阵风风速

5.2构件静风荷载确定

5.2.1主梁上的静风荷载

5.2.2索塔、缆索系统上的静风荷载

5.3静风失稳临界风速验算

5.3.1横向屈曲的验算

5.3.2扭转发散的验算

5.4静风有限元分析计算模式

5.5分析步骤

5.6各参数响应分析

5.6.1初始攻角的影响

5.6.2缆索系统风荷载的影响

5.6.3桩基础及斜拉索分段形式的影响

5.6.4附加攻角的影响

5.7静风失稳临界风速的计算

5.8小结

6结论与展望

6.1研究结论

6.2研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢