非对称混合梁斜拉桥静动力学性能研究

发布时间：2020-09-24 20:13

　　 混合梁斜拉桥边跨部分或全部采用混凝土主梁、中跨全部或部分采用钢梁,边中跨的刚度和恒载比相差较大,边跨对中跨起到很好的锚固和压重作用。混合梁斜拉桥兼具钢与混凝土两种材料的优点,结构性能和经济性具有较好的平衡,在特殊地形条件中优越性明显。由两种不同材料构成主梁(塔)的斜拉桥,与钢斜拉桥、混凝土斜拉桥的结构特性存在较大区别。本文以一独塔非对称混合梁混合塔斜拉桥为工程背景,通过有限元软件MIDAS/CIVIL建立包含梁、桁架单元组成的全桥空间有限元模型,计算分析桥梁在施工阶段的静力学性能和运营阶段静动力学性能。采用多重Ritz向量法计算考虑桩-土效应的桥梁自振特性,并采用反应谱法对该桥的地震响应进行计算分析。最后采用有限元软件MIDAS/FEA建立主塔钢-混结合段空间有限元模型,计算分析结合段在正弯矩最大和负轴力最大荷载组合下的应力分布。本论文通过对非对称混合梁斜拉桥静动力学性能进行研究,背景工程斜拉桥在施工阶段和运营阶段的变形和受力均满足要求,该桥的施工方法是安全可行的。主塔上部采用钢塔的形式有效的控制了塔中部薄弱截面受力不利和主塔全部采用混凝土结构引起的塔身自重过大的问题;主塔底部采用了混凝土塔,避免了全部采用钢塔导致的结构变形较大的问题。该斜拉桥第一阶频率为0.68Hz,第一阶振型为主塔横弯,且该斜拉桥具有频率密集和振型耦合的特点。地震作用和永久作用组合下,主墩墩底和塔脚处内力很大,该部位在设计上应重视;承载能力极限状态和正常使用极限状态下,主塔钢-混结合部应力满足强度要求,且应力水平较低,各板件连接部位均有不同程度的应力集中现象,承压板在与钢塔中腹板连接位置靠近人孔处应力集中较为突出,但应力集中范围很小,应严格保证各构件间焊接质量并采取构造措施。本文研究成果对该类桥梁设计和施工具有一定的借鉴意义。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U448.27
【部分图文】：

合段每侧均伸入主跨 21.5m[24]。主跨为 518m 的汕头y石大桥于 1999 年建成运营，主梁采用混合梁后，既解决了边中跨比例不协调的问题，刚度较大的混凝土主梁又为端锚索提供了可靠的锚固刚度，有效限制了主塔的纵向变形。于 2000 年建成的武汉白沙洲长江大桥，其跨径组成为 50m+180m+618m+180m+50m，该桥采用了先塔上挂索后梁端软牵引的施工工艺，为后续斜拉桥挂索施工积累了经验[25]。随着我国基础设施建设的快速推进，混合梁斜拉桥迎来了发展的黄金期。2004 年建成的主跨 310m 的塘沽海河大桥，采用混合梁斜拉桥设计方案，是一座中小跨径的混合梁独塔斜拉桥。后来建成的主跨达 1018m 的香港 Stone-cutters 桥和 926m 的鄂东长江大桥，充分利用了当地的地形条件，体现了混合梁斜拉桥在超大跨径斜拉桥领域的优势。目前在建的主跨 920m 的嘉鱼长江大桥，其北岸边跨采用预应力混凝土主梁，南岸边跨和主跨采用了钢主梁，是一座不对称双塔混合梁斜拉桥，较好的平衡了地质地形条件、防洪要求、施工技术和工程投资等因素，再次突出了混合梁斜拉桥对特殊地形适应性。世界超大跨度斜拉桥中混合梁斜拉桥占比较大，基于现有的材料及科技水平，可以推测，混合梁斜拉桥在超大跨径斜拉桥领域将占据重要地位。

合段每侧均伸入主跨 21.5m[24]。主跨为 518m 的汕头y石大桥于 1999 年建成运营，主梁采用混合梁后，既解决了边中跨比例不协调的问题，刚度较大的混凝土主梁又为端锚索提供了可靠的锚固刚度，有效限制了主塔的纵向变形。于 2000 年建成的武汉白沙洲长江大桥，其跨径组成为 50m+180m+618m+180m+50m，该桥采用了先塔上挂索后梁端软牵引的施工工艺，为后续斜拉桥挂索施工积累了经验[25]。随着我国基础设施建设的快速推进，混合梁斜拉桥迎来了发展的黄金期。2004 年建成的主跨 310m 的塘沽海河大桥，采用混合梁斜拉桥设计方案，是一座中小跨径的混合梁独塔斜拉桥。后来建成的主跨达 1018m 的香港 Stone-cutters 桥和 926m 的鄂东长江大桥，充分利用了当地的地形条件，体现了混合梁斜拉桥在超大跨径斜拉桥领域的优势。目前在建的主跨 920m 的嘉鱼长江大桥，其北岸边跨采用预应力混凝土主梁，南岸边跨和主跨采用了钢主梁，是一座不对称双塔混合梁斜拉桥，较好的平衡了地质地形条件、防洪要求、施工技术和工程投资等因素，再次突出了混合梁斜拉桥对特殊地形适应性。世界超大跨度斜拉桥中混合梁斜拉桥占比较大，基于现有的材料及科技水平，可以推测，混合梁斜拉桥在超大跨径斜拉桥领域将占据重要地位。

充分利用了当地的地形条件，体现了混合梁斜拉桥在超大跨径斜拉桥领域的优势。目前在建的主跨 920m 的嘉鱼长江大桥，其北岸边跨采用预应力混凝土主梁，南岸边跨和主跨采用了钢主梁，是一座不对称双塔混合梁斜拉桥，较好的平衡了地质地形条件、防洪要求、施工技术和工程投资等因素，再次突出了混合梁斜拉桥对特殊地形适应性。世界超大跨度斜拉桥中混合梁斜拉桥占比较大，基于现有的材料及科技水平，可以推测，混合梁斜拉桥在超大跨径斜拉桥领域将占据重要地位。图 1.1 诺曼底大桥 图 1.2 多多罗大桥

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