自錨式懸索——斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁靜力學(xué)性能與施工關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、自錨式懸索-斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁是一種全新的橋型,作為城市橋梁既實(shí)現(xiàn)了橋梁本身的使用功能,又體現(xiàn)了橋梁的美觀和后期社會(huì)效益。但這類橋型結(jié)構(gòu)復(fù)雜,傳力不很明晰,國內(nèi)外對其受力性能幾乎未見報(bào)道。論文依托實(shí)橋工程建設(shè)需求,結(jié)合江蘇省交通科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目“自錨式懸索與斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁受力性能與安全評價(jià)”(06Y19b),針對自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁成橋狀態(tài)與施工過程高度耦合的特點(diǎn),以世界首座自錨式懸索-斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁設(shè)計(jì)和施工

2、資料收集分析為基礎(chǔ),以其他相似橋型理論研究成果為借鑒,以理論分析、數(shù)值計(jì)算、模型試驗(yàn)、實(shí)橋監(jiān)控為手段,對自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁施工和使用階段的力學(xué)性能以及結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感性進(jìn)行系統(tǒng)地研究。主要研究內(nèi)容如下:
　　 (1)以應(yīng)變位移協(xié)調(diào)為條件,考慮主梁和主塔的梁-柱效應(yīng),建立自錨式懸索-斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁的勢能泛函,根據(jù)大位移分區(qū)不完全變分原理,推導(dǎo)了自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁的基礎(chǔ)微分方程,建立了自錨式懸索—斜拉組

3、合結(jié)構(gòu)體系橋梁的分析理論。算例分析表明本文解析解與數(shù)值解比較接近。
　　 (2)根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)理論,考慮空間交叉吊索的影響,分析自錨式懸索跨初始平衡狀態(tài),提出了自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁自錨式懸索跨空間主纜線形及索力的計(jì)算方法；基于最小彎曲能量原理,考慮自錨式懸索跨對斜拉跨斜拉索力的影響,計(jì)算斜拉跨成橋狀態(tài),進(jìn)而建立了自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁的合理成橋狀態(tài)分析計(jì)算方法。通過全橋模型試驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算方法的可靠性。
　

4、　 (3)基于有限位移理論,根據(jù)懸索的精確計(jì)算公式,推導(dǎo)空間索單元切線剛度矩陣；根據(jù)虛功原理,推導(dǎo)基于U.L列式空間梁單元?jiǎng)偠染仃?建立了自錨式懸索-斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁結(jié)構(gòu)分析的有限元計(jì)算方法；分析車輛荷載、溫度荷載、溫度梯度及索梁溫差、收縮徐變等作用對結(jié)構(gòu)內(nèi)力及位移等方面的影響,得到了自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁在不同荷載作用下的結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)。
　　 (4)以敏感性分析理論為指導(dǎo),對實(shí)橋工程的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行分析,探討了橋

5、跨布置(邊中跨比、外伸跨長度)、主纜矢跨比、主梁預(yù)拱度、主梁剛度、纜索剛度以及主塔剛度等參數(shù)變化對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和變形的影響,分析了自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁的受力特性與地錨式懸索橋以及自錨式懸索橋的異同。
　　 (5)針對自錨式懸索-斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁施工過程中呈現(xiàn)顯著的幾何非線性特點(diǎn),考慮空間纜索、傾斜主塔、斜拉索及空間交叉吊索構(gòu)成的空間效應(yīng),從結(jié)構(gòu)施工過程的受力分析及施工實(shí)際出發(fā),提出了自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁空

6、間纜索合理施工狀態(tài)的分析方法；對比分析多種施工方案,提出了空間主纜空間交叉吊索自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁吊索張拉技術(shù)(所有吊索只需張拉一次)。
　　 (6)以理論分析為基礎(chǔ),結(jié)合自錨式懸索—斜拉組合結(jié)構(gòu)體系橋梁不同纜索體系張拉方案的數(shù)值分析結(jié)果,分析施工階段的力學(xué)特性,得到了吊索張拉過程空間主纜位移變化的弱相干性,斜拉索張拉對空間主纜線形的影響,以及空間交叉吊索力的相鄰影響性。以塔頂水平位移為控制原則,探討了自錨式懸索—斜