超千米級斜拉橋結(jié)構(gòu)體系研究.pdf

1、本文是在國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃（863計劃）項目“超千米斜拉橋體系及減災(zāi)減振技術(shù)研究”（編號2006AA11Z120）資助下進(jìn)行的，以1400m跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)體系為主線，開展了全自錨斜拉橋、部分地錨斜拉橋、協(xié)作體系三種結(jié)構(gòu)體系的試設(shè)計和成橋狀態(tài)力學(xué)特性研究及參數(shù)分析，最后對各橋型進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能研究。所做的主要工作及主要成果包括： ⑴在綜述大跨度纜索承重結(jié)構(gòu)橋梁幾何非線性分析理論的基礎(chǔ)上，對通用有限元分析程序系統(tǒng)ANSYS進(jìn)行了必

2、要的二次開發(fā)工作，可完成精確施加拉索索力、斜拉索垂度效應(yīng)模擬、全非線性活載效應(yīng)分析、荷載組合等橋梁結(jié)構(gòu)特有分析，為本文后續(xù)研究解決了計算工具問題。 ⑵進(jìn)行了一座主跨1400m斜拉橋的試設(shè)計，通過詳盡的結(jié)構(gòu)分析證明了該跨徑全自錨斜拉橋方案在靜力特性上是成立的；在此過程中，總結(jié)出了一套方便、實用的大跨度斜拉橋概念設(shè)計階段合理成橋狀態(tài)確定方法，探明了非線性效應(yīng)對結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響可達(dá)到20％而必須加以考慮，確定了靜力性能中制約跨度增大的幾

3、個關(guān)鍵因素；并通過結(jié)構(gòu)計算證實了全飄浮體系和支承體系性能相當(dāng)，都是可行體系，而固接體系不可行。 ⑶完成了一座主跨1400m部分地錨斜拉橋的試設(shè)計，確定了結(jié)構(gòu)合理成橋狀態(tài)，并通過詳盡的成橋狀態(tài)靜力響應(yīng)分析證明該方案是成立的。 ⑷對主跨1400m部分地錨斜拉橋開展了成橋狀態(tài)靜力性能參數(shù)研究，并給出了各參數(shù)的合理取值為：地錨段主梁長度400～800m，應(yīng)采用全飄浮或支承體系，應(yīng)設(shè)置不超過2個輔助墩，并減小地錨拉索傾角、增大主梁

4、寬度、減小梁高、增大塔高。 ⑸完成了一座主跨1400m斜拉－懸吊協(xié)作體系方案試設(shè)計，總結(jié)了結(jié)構(gòu)合理成橋狀態(tài)，特別是懸吊部分纜索索力及真實恒載構(gòu)形的確定方法，并通過詳盡的成橋狀態(tài)靜力響應(yīng)分析證明該方案是成立的。 ⑹對協(xié)作體系方案進(jìn)行了成橋狀態(tài)靜力性能參數(shù)研究，主要結(jié)論如下：吊跨比增大時，主梁壓力減小，主纜軸力和錨碇錨固力增大，主梁活載位移先減小后增大，建議吊跨比取值為0．3～0．6；增大主纜矢跨比有利于減小纜索、主梁及錨碇

5、受力，但主塔受力增大，建議在增大主塔斷面的前提下采用較大塔高以增大矢跨比；設(shè)置交叉吊索可明顯降低吊索和斜拉索的活載應(yīng)力幅，但即使不設(shè)置交叉吊索也不會出現(xiàn)疲勞問題，建議盡量少設(shè)置交叉吊索。 ⑺對三種體系的成橋狀態(tài)力學(xué)性能進(jìn)行了對比，結(jié)果表明部分地錨斜拉橋和協(xié)作體系在后期荷載作用下結(jié)構(gòu)性能相當(dāng)，具有如下優(yōu)點：主梁壓力和截面面積大幅降低，節(jié)約了全橋材料用量；地錨大幅提高了結(jié)構(gòu)總體剛度；極限靜縱風(fēng)工況不再控制主塔結(jié)構(gòu)設(shè)計。另外，部分地錨

6、斜拉橋在恒載下主跨地錨梁段受拉可能導(dǎo)致拉力控制設(shè)計，而協(xié)作體系懸吊段主梁受力很?。粎f(xié)作體系的優(yōu)點還表現(xiàn)在塔高和最大拉索長度減小，但錨碇受力和體積增大較多，且顫振臨界風(fēng)速降低，有待通過更精確方法驗證其安全性。 ⑻通過推導(dǎo)全自錨斜拉橋、部分地錨斜拉橋和協(xié)作體系全橋材料用量及造價表達(dá)式，對三種體系進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)性能對比和參數(shù)分析，主要結(jié)論如下：就總造價而言，全自錨斜拉橋最高，協(xié)作體系次之，部分地錨斜拉橋最低；就單位造價而言，協(xié)作體系最高，