超大跨度部分地锚式斜拉桥抗风性能研究

摘要

为适应21世纪我国公路交通建设的需要，斜拉桥的跨径日趋增长，尤其是苏通长江大桥的建成，标志着超千米斜拉桥的新时代的到来。跨径越长，斜拉桥的结构刚度越低，致使斜拉桥抗风稳定性成为影响其设计和建设的关键问题。为探索超千米斜拉桥适宜的结构体系，论文以当前备受关注的部分地锚式斜拉桥设计概念为着手，对主跨1400m的部分地锚式斜拉桥设计方案进行结构动力特性、空气静力和动力稳定性等方面的详细分析和探究，从抗风性能角度探讨了部分地锚式斜拉桥设计概念用于超千米跨度桥梁的适用性及其适宜的结构体系，研究成果对超千米斜拉桥的抗风设计具有良好的指导意义。
　　首先，采用Midas/Civil和大跨度桥梁三维非线性抗风稳定性分析程序，对主跨1400米的部分地锚式斜拉桥进行结构动力特性、空气静力和动力稳定性进行分析，在此基础上与同等跨径的自锚式斜拉桥和悬索桥（江阴大桥）进行对比分析，指出部分地锚式斜拉桥在结构动力特性、空气静力和动力稳定性方面更具有优势。其次，对部分地锚式斜拉桥的主要设计参数包括地锚段的长度、辅助墩个数、主梁高度、主梁宽度、桥塔高跨比等对部分地锚式斜拉桥结构动力特性、空气静力和空气动力稳定性的影响进行了分析研究，提出了关键设计参数及其合理取值。最后，开展了部分地锚式斜拉桥施工过程的抗风稳定性分析。
　　研究结果表明:1）边跨部分斜拉索采用地锚方式后，斜拉桥结构的整体刚度增强，结构的自振频率增大，结构的空气静力和动力稳定性因而增强，从抗风性能而言，部分地锚式斜拉桥更适宜采用于千米以上主跨的斜拉桥。2）部分地锚式超大跨度斜拉桥在地锚段长度增加、梁高增大、梁宽增加、边跨增设辅助墩、高跨比加大等情况下，可以获得比较好的空气静力和动力稳定性。3）超大跨度斜拉桥随着主梁拼装长度的增大，结构的竖弯频率变化不大，但结构的侧弯和扭转频率则明显下降，同时出现较强的侧弯和扭转耦合，结构的抗风稳定性因而显著降低。总体上看，施工过程结构的抗风失稳临界风速都比较高，超千米跨度的斜拉桥施工期具有良好的抗风稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 斜拉桥发展的历史、现状及趋势

1．2．1 发展历史

1．2．2 斜拉桥的发展趋势

1．3 超千米级斜拉桥结构体系和抗风性能研究现状

1．3．1 结构体系研究现状

1．3．2 抗风性能的研究

1．4 存在和需要进一步研究的问题

1．5 论文研究的目的意义和主要内容

1．5．1 研究的目的和意义

1．5．2 主要研究内容

第二章 超大跨度斜拉桥抗风稳定性分析理论

2．1 引言

2．2 斜拉桥的合理成桥及施工状态的确定方法

2．2．1 斜拉桥的合理成桥状态确定方法

2．2．2 斜拉桥施工状态确定方法

2．3 斜拉桥结构动力特性分析理论

2．4 大跨径桥梁三维非线性空气静力分析理论

2．4．1 非线性静风荷载

2．4．2 桥梁结构三维非线性空气静力分析流程

2．5 大跨度桥梁三维颤振分析理论

2．6 本章小结

第三章 超大跨度斜拉桥的结构体系及抗风稳定性分析

3．1 引言

3．2 主跨1400m斜拉桥方案简介

3．2．1 自锚式斜拉桥方案

3．2．2 部分地锚式斜拉桥方案

3．3 有限元建模及合理成桥状态确定

3．3．1 有限元模型的建立

3．3．2 合理成桥状态确定

3．4 结构动力特性分析

3．5 结构抗风稳定性分析

3．5．1 空气静力稳定性

3．5．2 空气动力稳定性

3．6 与同等主跨悬索桥抗风稳定性的比较

3．6．1 空气静力稳定性

3．6．2 空气动力力稳定性

3．7 本章小结

第四章 超大跨度部分地锚斜拉桥抗风稳定性的设计参数影响分析

4．1 引言

4．2 地锚段主梁长度

4．2．1 动力特性

4．2．2 空气静力稳定性

4．2．3 空气动力稳定性

4．3 辅助墩数量

4．3．1 动力特性

4．3．2 空气静力稳定性

4．3．3 空气动力稳定性

4．4 主梁宽度

4．4．1 动力特性

4．4．2 空气静力稳定性

4．4．3 空气动力稳定性

4．5 主梁高度

4．5．1 动力特性

4．5．2 空气静力稳定性

4．5．3 空气动力稳定性

4．6 桥塔高跨比

4．6．1 动力特性

4．6．2 空气静力稳定性

4．6．3 空气动力稳定性

4．7 本章小结

第五章 超大跨度斜拉桥施工阶段抗风稳定性分析

5．1 引言

5．2 施工阶段有限元模型建立

5．2．1 自锚式斜拉桥方案

5．2．2 部分地锚式斜拉桥方案

5．3 施工阶段结构动力特性分析

5．4 施工阶段抗风稳定性分析

5．4．1 空气静力稳定性分析

5．4．2 空气动力稳定性分析

5．5 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要研究工作及结论

6．1．1 超大跨度斜拉桥的结构体系抗风稳定性分析

6．1．2 超大跨度部分地锚斜拉桥抗风稳定性的设计参数影响研究

6．1．3 超大跨度斜拉桥旋工阶段抗风稳定性分析

6．2 进一步研究的方向及建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要研究成果