大跨度公铁两用悬索桥结构参数与力学特性研究

摘要

目前，千米级公铁两用悬索桥建成的不多，还未出版明确的设计规范和参考依据，现有的设计依旧处于探索阶段。对于大跨度公铁两用悬索桥而言，刚度是一个关键的控制性指标，影响刚度的结构参数很多，研究其对于悬索桥刚度的影响十分重要。此外，大跨度桥梁地震反应十分复杂，需要考虑行波效应、多点激励、几何非线性等因素的影响，目前没有统一的抗震设计规范，抗震设计比较复杂。因此，研究大跨度公铁两用悬索桥在地震作用下的响应对于抗震的概念设计具有极大的参考价值。
　　本文主要研究了大跨度公铁两用悬索桥结构参数对桥梁刚度敏感性以及扭弯比的影响;研究了结构参数下在反应谱荷载作用下的主梁的位移响应，并总结了刚度变化规律;对比了不同地震波作用下，行波效应对桥梁地震响应的影响;此外设置了抗震结构，总结了其对地震响应的影响规律;最后研究了施工阶段的非线性及施工吊装阶段动力特性的变化，主要研究内容包括:
　　(1)总结了悬索桥的发展历史以及公铁两用悬索桥的主要研究现状，研究并整理了本文所需要的静动力计算理论，为后文的工作打下基础。
　　(2)研究跨径超1000m的公铁两用悬索桥并进行静力计算，研究了成桥状态下的受力特性，并且在考虑列车活载工况以及横向风荷载工况下的受力变化规律，并探讨垂跨比、主缆截面、加劲梁恒载对于悬索桥竖向刚度和横向刚度的影响，以及总结了主缆内力及塔顶位移随结构参数的变化规律，为悬索桥设计提供参考依据。
　　(3)研究跨径超1000m的公铁两用悬索桥的动力特性，并探讨总结了垂跨比、主缆截面、加劲梁重量对于扭弯比的影响;同时研究并且分析了在反应谱荷载工况下，主梁位移响应随垂跨比、梁高、梁宽的变化规律;研究了地震作用工况下悬索桥的受力特性，以及多点激励下体系的地震响应，并与一致激励进行对比;探讨了中央扣和减震器对于结构地震响应的影响。
　　(4)由于悬索桥施工周期较长，悬索桥遭受地震及大风的袭击概率较高，本文研究了跨径超1000m的公铁两用悬索桥施工阶段结构行为，同时研究结构在施工阶段的结构动力特性，为抗风和抗震设计提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 世界悬索桥的发展

1．1．1 国外现代悬索桥的发展

1．1．2 国内现代悬索桥的发展

1．2 大跨度公铁两用悬索桥的研究现状

1．3 本文的研究意义及主要研究内容

1．3．1 本文的研究意义

1．3．2 本文主要研究内容

2 大跨度公铁两用悬索桥静动力理论研究

2．1 悬索桥结构静力计算理论

2．1．1 弹性理论

2．1．2 挠度理论

2．1．3 非线性有限位移理论

2．2 悬索桥结构动力计算理论

2．2．1 特征值分析

2．2．2 地震响应分析

2．3 本章小结

3 大跨度公铁两用悬索桥结构参数分析

3．1 工程背景及计算模型

3．1．1 工程背景

3．1．2 计算模型

3．2 刚度指标对比

3．2．1 竖向刚度限值对比

3．2．2 横向刚度限值对比

3．2．3 刚度合理取值

3．3 静力荷载工况分析

3．3．1 一次成桥工况

3．3．2 主缆和吊索内力计算结果分析

3．3．3 活载作用下主梁静力结果分析

3．4 结构参数对静力响应的影响

3．4．1 垂跨比

3．4．2 主缆截面

3．4．3 加劲梁重量

3．4．4 小结

4．1 概述

4．2 自振特性分析

4．3 结构参数对扭弯比的影响

4．3．2 垂跨比

4．3．3 主缆截面

4．3．4 加劲梁重量

4．3．5 小结

4．4 反应谱分析

4．4．1 反应谱选取

4．4．2 垂跨比对主梁地震响应的影响

4．4．3 梁高对主梁地震响应的影响

4．4．4 梁宽对主梁地震响应的影响

4．4．5 小结

4．5 行波效应分析

4．5．1 地震波选取

4．5．2 一致激励的响应分析

4．5．3 多点激励的响应分析

4．5．4 小结

4．6 抗震性能的影响因素

4．6．1 设置中央扣对抗震性能的影响

4．6．2 设置减震器对抗震性能的影响

4．6．3 抗震措施

5 大跨度公铁两用悬索桥施工阶段动力性能分析

5．1 施工阶段主要计算原理

5．1．1 构件质量守恒与无应力尺寸不变原理

5．1．2 索鞍预偏量与空缆线形计算原理

5．2 空缆阶段的动力特性分析

5．2．1 空缆阶段施工非线性分析

5．2．2 空缆阶段动力特性分析

5．2．3 小结

5．3 加劲梁吊装阶段动力特性分析

5．3．1 加劲梁吊装阶段施工非线性分析

5．3．2 吊装阶段的振型分析

5．3．3 吊装阶段的频率变化

5．3．4 小结

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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