小格拉悬索桥静动力特性研究及抗风验算

发布时间：2020-05-13 07:30

【摘要】：钢桁加劲梁悬索桥因其卓越的跨越能力、优美的造型及良好的经济性能,近些年在山区峡谷地带被大量的修建。本文以在建的云南小格拉钢桁加劲梁悬索桥为研究背景,围绕该桥的空间静、动力行为进行建模计算分析研究,并对其抗风性能做了简单的分析验算。本文主要的研究工作如下:`1)简要阐述了悬索桥的发展概况、构造受力特点及悬索桥动力特性研究的意义和现状。系统的介绍了悬索桥计算理论、悬索桥动力特性分析理论及抗风分析理论,为后续章节静动力特性分析及抗风验算提供理论依据;2)简要介绍了小格拉悬索桥概况,对该桥结构进行有限元离散及初始平衡状态分析,并在此基础上进行活载、温度及组合荷载作用下的静力计算分析,得到了该桥成桥状态理想线形与空缆线形,初始平衡状态下主缆、吊杆的内力及位移等,重点分析了在活载、温度作用下主缆和加劲梁的竖向位移、主缆和吊杆的内力以及影响变化规律,对桩基础的受力状态进行了测量,与理论值对比分析;3)对该桥成桥运营状态进行自振特性分析,分析了温度变化、桥塔刚度变化等因素对成桥状态动力特性的影响,并对最初设计方案中采用的在中跨设置中央扣、主桁架弦杆灌注混凝土对该桥动力特性影响进行模拟研究;重点进行了加劲梁在考虑不同扭转刚度的情况下对施工阶段结构进行自振特性分析,并计算了扭弯频比值对该桥颤振稳定的影响,同时根据本桥情况对加劲梁三种连接方式进行方案筛选,建模分析了三种连接方式对该桥施工阶段自振特性影响;4)根据规范并结合现场实际情况,确定了该桥的设计风速、颤振及静风稳定性检验风速,根据有限元模型及实验获取数据对该桥进行简单的静风稳定性验算、颤振稳定性验算及抖振响应计算,并得出了相应结果。
【图文】：

示意图,悬索桥,结构构造,示意图

硕士学位论文用的大多是钢箱加劲梁。本文介绍和研究的悬索桥采用的是钢桁架加劲梁悬索。如 2012 年建成的主跨为 1176m 的湖南矮寨大桥加劲梁采用钢桁梁，是我建的主跨跨度最大的钢桁架悬索桥。随后修建了虎门大桥、青马大桥、海沧大桥及下表中列出的近几年修建的大跨度悬索桥等等。这些大桥的顺利建成填补了白，同时也使得我国现代悬索桥的设计与施工迈向世界先进行列。1.1.2 构造受力特点悬索桥主要是由桥塔、主缆、吊索、加劲梁、锚碇五大构件及主索鞍、散索、索夹等附属构件组合而成的柔性悬索承重结构。其主要构成如图 1.1 所示[2,5]：

主桥,有限元模型,塔柱,吊索

有限元整体模型如图3.3 所示。有限元模型中主缆、吊索采用只受拉的索单元模拟，主梁、塔柱、横梁采用考虑剪切变形的空间梁单元模拟，表 3.1 列出了该悬索桥主要材料特征值。建模时采用直角坐标系，该桥的纵向、横向及竖向分别用直角坐标系中的 X、Y、Z 轴来表示。在有限元模型中，塔柱底部按固接模拟，即塔柱最下部节点的 DX、DY、DZ（节点平动自动度的表示方法），RX、RY、RZ（节点转动自由度的表示方法），如表 3.2 所示；用边界条件选项弹性连接中的刚性连接来模拟吊索与主梁之间的连接；用主从约束来模拟主索鞍（主节点）与塔柱(从节点)之间的连接，主节点的顺桥向位移自由。图 3.3 小格拉大桥主桥有限元模型表 3.1 该桥主要材料特征名称弹性模量/MPa 泊松比线膨胀系数容重/(kN/m3)主缆 1.95E+05 0.3 1.2E-05 7.85E+01吊索 1.95E+05 0.3 1.2E-05 7.85E+01加劲梁 2.1E+05 0.3 1.2E-5 7.85E+01索塔 3.25E+04 0.2 1.0E-5 2.55E+01横梁 3.25E+04 0.2 1.0E-5 2.55E+01表 3
【学位授予单位】：长沙理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U441;U448.25

【参考文献】