组合加劲梁悬索桥静动力性能及轻型桥面板设计方法研究

摘要

近年来大跨度桥梁在国内新建交通干线广泛采用，桥面系作为桥梁结构的薄弱环节容易发生病害，增加了桥梁维护成本，从而影响到国家经济的高速稳定增长。本文对桥面系的研究发展现状进行总结，阐述了钢-混组合梁体系应用于悬索桥的优势和劣势，以主跨720m的怀来官厅水库特大桥主桥为背景，在对原结构进行静力和动力分析的基础上，提出了替换普通混凝土板为UHPC（超高性能混凝土：Ultra High Performance Concrete）华夫板的优化方案，并提出了计算华夫板抗弯承载力的有效宽度法。本文的主要工作如下： 1、阐述了悬索桥成桥及施工阶段的仿真分析方法，计算了悬索桥的初始成桥状态和空缆线形，并对鞍座顶推方案进行了仿真分析。最后对影响主缆中心索股无应力长度的因素进行了参数分析，在此基础上给出了索股锚头的锚杆调节量。提出了用华夫板替代普通混凝土桥面板的轻型组合梁方案。基于轻型组合梁方案进行了局部模型和全桥模型的有限元分析，与传统组合梁方案进行了静力和动力特性结果的对比。 2、采用 ANSYS 有限元建立传统组合梁方案下全桥及施工阶段模型，对比分析了整体式吊装和分离式吊装两种施工方式下悬索桥的颤振稳定性，对影响颤振稳定性的动力特性参数进行了分析，提出了合理有效的施工过程中的抑振措施，最后对轻型组合梁悬索桥在施工阶段的颤振稳定性进行了分析。 3、提出了UHPC华夫板抗弯承载力计算的有效宽度法。首先选取三种截面形式的 UHPC 受弯构件的试验数据并进行有限元分析，验证有限元方法的正确性。接着采用有限元方法对 UHPC 华夫型桥面板进行大量参数分析，提出华夫板荷载有效分布宽度计算的经验公式。最后基于弹塑性理论推导了华夫板整体抗弯承载力的有效宽度法计算公式，并与试验结果对比验证了公式的正确性。

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