超大跨度斜拉橋設計理論研究.pdf

1、超大跨度斜拉橋作為與懸索橋最具有競爭力的橋型，在千米級以上跨徑上越來越受到工程界的青睞，我國繼香港昂船洲大橋、蘇通大橋之后，又面臨若干近千米級斜拉橋的規(guī)劃設計與論證工作。本文以蘇通大橋等幾座特大跨徑斜拉橋方案為工程背景，以超大跨度斜拉橋的設計理論與特殊力學問題為主線，比較深入地開展了以下幾個方面的工作：L斜拉橋概念設計與近似分析理論的研究。 在現(xiàn)有研究成果的基礎上，結合工程實例，就斜拉橋概念設計中幾個總體設計參數(shù)的確定原則以及關

2、鍵構造設計要點進行了系統(tǒng)的闡述。根據(jù)彈性地基梁比擬方法，推導了塔、梁、索的恒活載內力近似計算公式，在概念設計階段具有較強的實用價值?；诶碚撏茖c統(tǒng)計資料，擬合出了斜拉橋基頻(一階豎彎和扭轉)估算公式，與現(xiàn)行規(guī)范公式相比，不僅形式簡單、精度較高，而且物理涵義更明確。 2.大跨度斜拉橋合理成橋與施工狀態(tài)索力優(yōu)化以及非線性影響比較研究。結合蘇通大橋設計實踐，系統(tǒng)地研究總結了各種斜拉橋索力優(yōu)化方法，實現(xiàn)了千米級鋼斜拉橋一次張拉索力達到

3、理想狀態(tài)。以單索模型為對象，比較了超長斜拉索的三種非線性計算方法的影響。驗證了8節(jié)點或8段桿單元斜拉索模擬方法在1000～2000m跨徑范圍均具有較高的精度。系統(tǒng)分析了各種幾何非線性因素對蘇通大橋成橋以及施工狀態(tài)的影響，研究表明如果按等效直桿模量法模擬超長索的垂度效應，將導致大跨度斜拉橋的施工線型計算不準確，僅該項因素所引起的主梁立模標高最大誤差約30cm，是非常顯著的。最后分析了活載計算方法的影響，研究表明活載按線性二階理論在千米級甚

4、至更大跨徑斜拉橋仍然是有效的。 3.特大跨度斜拉橋方案試設計與參數(shù)研究。 分別以1200、1400、1600m三種超大跨度為目標進行了方案試設計，探討了三種跨徑下，斜拉橋在活載、橫向靜風、結構穩(wěn)定性以及抗風性能等方面的變化情況。分析表明，結構穩(wěn)定性是超大跨度斜拉橋跨徑增大后的主要控制因素。并就梁高、橋塔剛度、塔跨比、拉索布置、主梁寬跨比等一些特征幾何參數(shù)展開了深入地比較研究，得到這些參數(shù)變化后的影響規(guī)律。然后比較論證了分

5、體雙箱梁在超大跨徑斜拉橋的適用性。 4.多索面斜拉橋設計理論分析。 以1600m跨徑為對象，結合靜力、穩(wěn)定性、動力分析以及經濟性等多方面的比較論證，最終揭示出多索面斜拉橋在超大跨度范圍并非理想的結構型式，而分體雙箱梁與傳統(tǒng)傾斜雙索面是1400m以上跨徑比較理想的選擇。 5．大跨度斜拉橋結構體系比較研究。 結合蘇通大橋和某座主跨816m的單側混合梁特大跨斜拉橋實例，研究了塔梁連接、邊跨輔助墩、混合梁等對整體

6、力學性能的影響。前者已用于蘇通大橋實踐，有關結構體系研究與比選的技術路線和方法可作為同類橋梁參考。 6.斜拉橋的材料用量指標與合理跨徑界限。 以歐拉壓桿模型為理論基礎，推導出變截面橋塔受穩(wěn)定控制時面內最小抗彎剛度的估算表達式。算例表明，不僅精度較好，而且具有較強的實用價值。收集了國內外一些典型斜拉橋的技術經濟指標，可供概念設計參考。系統(tǒng)研究了有關斜拉橋極限跨徑的技術控制因素。然后以工程統(tǒng)計資料為基礎，推導了斜拉橋、懸索橋

7、上部結構用鋼當量表達式，進而導出了斜拉橋與懸索橋上部結構經濟比較隨跨徑的變化規(guī)律簡化表達式。據(jù)此論證出，即使跨徑達到1400甚至1600m，斜拉橋在工程經濟方面仍然具有較大的競爭力。 7．大跨度鋼斜拉橋幾何控制法與精度控制要求。 闡述了幾何控制法的基礎思想和原則，制定了幾何控制的實施流程。采用確定性方法對蘇通大橋施工控制中的主要參數(shù)進行了敏感性分析。最后從幾何協(xié)調性出發(fā)，給出了一套適用于懸臂施工的鋼斜拉橋精度控制建議值，