自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋結(jié)構(gòu)性能分析與試驗研究.pdf

1、自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋是一種嶄新的橋型，它具有結(jié)構(gòu)新穎，受力合理，抗風(fēng)性能好，施工安全和工程造價低等優(yōu)點，在軟土地基、強風(fēng)地區(qū)尤能突出其優(yōu)越性，在大跨橋型中極具競爭力。目前國內(nèi)外關(guān)于自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的相關(guān)文獻寥寥無幾，而該橋型在特定條件下有其獨特的優(yōu)勢，因此有必要對該橋型展開系統(tǒng)的研究。本文以大連灣跨海大橋工程為背景，結(jié)合模型試驗，對自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的靜力力學(xué)性能、極限跨徑和優(yōu)化選型展開研究，主要研究內(nèi)容如下：

2、 1.按連續(xù)體的方法描述了自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋在豎向荷載作用下的結(jié)構(gòu)行為。考慮了主梁和主塔的壓彎耦合效應(yīng)，建立了三跨自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的大位移不完全勢能泛函，基于分區(qū)變分原理近似推導(dǎo)出了自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的基礎(chǔ)微分方程。以一座自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋為例，求出其解析解，并與數(shù)值方法解相互比較，二者結(jié)果比較接近。這一理論和方法為闡述自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的靜力行為提供了理論依據(jù)。 2.闡述了自錨式

3、斜拉—懸索協(xié)作體系橋的非線性特征，分析混凝土收縮徐變、矢跨比和拱度對協(xié)作體系的影響?？紤]幾何非線性影響因素，應(yīng)用有限位移法分析一座主跨800m的自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋。得到不同矢跨比、不同拱度情況下，主要構(gòu)件在汽車荷載作用下的彎矩和位移，以及混凝土收縮徐變對結(jié)構(gòu)內(nèi)力影響。分析結(jié)果表明：幾何非線性和混凝土收縮徐變對自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系影響顯著；結(jié)構(gòu)整體剛度隨矢跨比的增大而增大，主梁和主纜的軸力隨矢跨比的增大而減小；主梁設(shè)置拱度可以

4、提高體系的整體剛度。 3.針對端吊索疲勞問題，主梁斜拉段和懸索段之間過渡段的連續(xù)性問題展開論述，并簡要闡述了自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的施工方法問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，設(shè)置輔助墩、交叉吊索和提高主梁抗彎剛度均可以降低端吊索的應(yīng)力幅，避免端吊索疲勞破壞；增大吊索截面面積能顯著提高吊索的抗疲勞能力；對于主梁斜拉段與懸索段交接處要選擇合適的過渡段構(gòu)造形式，能夠減緩該處應(yīng)力突變現(xiàn)象。 4.推導(dǎo)了自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的極限跨徑，

5、分析其極限跨徑與結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)、荷載和材料特性的關(guān)系。從材料強度出發(fā)，并結(jié)合目前橋梁常用的材料，對混凝土主梁、鋼主梁和混合梁自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋在豎向荷載作用下的極限跨徑展開了具體研究，得到了相應(yīng)的極限跨徑上限和各因素對極限跨徑的影響。分析結(jié)果表明：增大主纜矢跨比、斜拉段高跨比和主梁斜拉段長度比例，減小二期恒載，都可以提高協(xié)作體系的極限跨徑。 5.基于模糊決策理論，建立了自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋多層多目標模糊優(yōu)選模型，它將

6、眾多因素分層考慮，協(xié)調(diào)各因素之間的復(fù)雜關(guān)系，并應(yīng)用模糊定權(quán)的方法來確定因素的權(quán)重，克服了目標函數(shù)中用線性評判指標來處理高度非線性多目標問題的不足與確定權(quán)重問題的不足。應(yīng)用該模型對大連灣跨海大橋工程中所提出的各方案進行優(yōu)化選型，通過比較分析認為選擇自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋最為合理。 6.為了探索自錨式斜拉—懸索協(xié)作體系橋的整體結(jié)構(gòu)特性，并檢驗其設(shè)計及計算理論的正確性，以大連灣跨海大橋推薦方案為原型，制作1/100的試驗?zāi)Ｐ?，進行