大跨度吊拉组合桥梁结构行为及抗风稳定性研究

摘要

吊拉组合桥梁一直是桥梁学界研究的热门，但其研究多集中在力学性能等方面，而选用分体式主梁的吊拉组合桥梁相关研究更少。本文采用整体钢箱梁和分体双箱梁两种形式，拟定主跨2100m公路超大跨度吊拉组合桥梁方案，并比较两种方案的结构行为和抗风稳定性。主要工作如下：　　(1)根据前人研究结果、相关桥梁经验，以及理论推导公式，拟定主跨2100m公路吊拉组合桥梁方案主要设计参数，选用整体梁和分体梁两种方案，运用近似计算公式，对部分构件内力进行估算，并进一步对主梁稳定性进行简要分析，发现了主梁轴力正常、稳定性较好，但应力可能过大以及斜拉索拉力过大等问题，依据结果，适当调整各设计参数，完善桥梁方案；　　(2)建立吊拉组合桥梁计算模型，根据合理成桥状态分析方法和步骤，分析两种方案桥梁的合理成桥状态，并在此基础上对八车道荷载进行分析。分析发现，两种方案各项结果，如主梁轴力、弯矩、挠度以及内力包络等，有一定相似性，但在个别区域特别是过渡区域端吊索和边跨尾索附近，存在差别；另外，两种方案桥梁基阶频率数值较接近；　　(3)分析两种方案桥梁的非线性静风效应，得到静风临界失稳风速、主梁全过程变形以及缆索受力变化情况。发现，分体梁方案临界风速总体高于整体梁方案；考虑初始风攻角后，可以从缆索迎风侧和背风侧内力发展曲线的不同，解释结构在正负攻角不同时，主梁静风失稳的不同；风荷载加载会引起结构自振特性变化，高风速时变化较大；　　(4)根据三维多模态颤振分析理论，对两种设计方案进行颤振性能分析，并考虑静风响应中主梁扭转角的影响。总体上，分体梁方案颤振临界风速大于整体梁方案，但两方案的颤振主要控制振型有所不同，考虑静风效应后，临界风速均会出现不同程度的下降，而颤振临界状态主要控制振型没有太大变化。

目录

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第一章 绪论

1.1 大跨度吊拉组合桥梁研究意义

1.2.1吊拉组合桥梁结构体系分类

1.2.2吊拉组合桥梁结构体系的发展

1.3 吊拉组合桥梁抗风研究概述

1.4 论文主要工作

第二章 大跨度吊拉组合桥梁方案设计拟定

2.1.1 矢跨比

2.1.2 吊跨比

2.1.3 边中跨比

2.2 主梁设计

2.2.1 整体式钢箱梁

2.2.2 分体式钢箱梁

2.3 缆索体系设计

2.3.1 主缆截面估算

2.3.2 斜拉索截面估算

2.4 桥塔设计

2.5 设计参数初定

2.5.1 总体布置

2.5.2 主要构件参数

2.6.1 主要构件受力估算

2.6.2 主梁稳定性分析

2.7 设计参数调整确定

2.7.1 主梁截面调整

2.7.2 斜拉索截面调整

本章小结

第三章 吊拉组合桥梁静动力特性分析

3.1 空间有限元模型的建立

3.1.1 分体梁等效刚度计算

3.1.2 有限元模型的建立

3.2 吊拉组合桥梁合理成桥状态分析方法

3.2.1 斜拉桥合理成桥状态分析方法

3.2.2 悬索桥主缆线形分析方法

3.2.3 吊拉组合桥梁合理成桥状态分析方法

3.3 吊拉组合桥梁合理成桥状态分析结果

3.3.1 悬吊系统

3.3.2 斜拉系统

3.3.3 主梁

3.3.4 桥塔

3.4 恒载+汽车活载组合作用计算分析

3.4.1 悬吊系统分析结果

3.4.2 斜拉系统分析结果

3.4.3 主梁分析结果

3.4.4 桥塔分析结果

3.5 吊拉组合桥梁自振特性分析

本章小结

第四章 吊拉组合桥梁非线性静风效应分析

4.1 吊拉组合桥梁非线性静风荷载

4.2 吊拉组合桥梁非线性静风响应分析方法

4.3.1 主梁断面静力三分力测试

4.3.2 失稳临界风速与结构变形

4.3.3 初始风攻角的影响

4.3.4 结构内力变化

4.3.5 结构自振特性变化

本章小结

第五章 吊拉组合桥梁三维颤振性能分析

5.1 三维多模态颤振频域分析方法

5.2 考虑静风效应的颤振频域分析方法

5.3 吊拉组合桥梁三维颤振性能分析

5.3.1 自激力气动参数识别结果

5.3.2 三维多模态颤振频域分析

5.3.3 考虑静风效应的三维颤振频域分析

本章小结

结论与展望

论文主要研究内容及结论

研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与科研项目