单跨特大悬索桥成桥状态下静动力特性分析

发布时间：2020-05-16 14:48

【摘要】：在各种桥梁体系中,悬索桥以其征服大跨径的能力而著称。尤其在跨径500~3000m范围内具有竞争力(自锚式悬索桥的跨径范围则为100m~500m),覆盖了现今所有悬索桥跨径的85%。随着当今桥梁技术的快速发展,越来越多的悬索桥不断出现在人们面前。虽然悬索桥设计理论在不断完善,但对其系统研究还较少。本文在国内外相关研究的基础上,以某一座单跨特大悬索桥为工程背景对悬索桥静动力特性做了以下3个方面的研究:(1)介绍了悬索桥发展中的静动力特性理论;按有关规范对模型构件进行等效简化,进行结构离散,根据其受力特点分别选取合适的单元形式,运用Midas/civil(2011)软件建立了全桥计算有限元模型;研究了悬索桥在六种荷载组合(组合一:恒载+沉降+移动荷载;组合二:恒载+沉降+移动荷载+温度;组合三:恒载+沉降+移动荷载+横向风载(有车)+温度;组合四:恒载+沉降+移动荷载+横向风载(有车)+温度+制动力;组合五:恒载+沉降+横向风载(百年一遇);组合六:恒载+沉降+纵向风载(百年一遇))下的静力特性,得出相关规律为实际工程提供参考。(2)对大跨度悬索桥自振特性进行分析;同时,为研究结构参数对悬索桥动力特性的影响,分别考虑了垂跨比、恒载集度、主梁刚度、吊杆抗拉刚度、主缆抗拉刚度变化对悬索桥动力特性的影响,得出了一系列为设计提供有力参考的结论;计算了悬索桥在三种荷载工况(工况一:纵向+0.3倍横向+0.3倍竖向;工况二:0.3倍纵向+横向+0.3倍竖向;工况三:0.3纵向+0.3倍横向+竖向)下的反应谱分析,得出悬索桥的桥塔轴力和横向弯矩以及塔顶横向位移和梁端纵向位移是设计时需要严格控制的指标;研究了一致激励对悬索桥动力特性的影响,考虑结构在EL Centro波、Taft波和James波组合(工况一:EL Centro+0.3 Taft+0.3 James;工况二:0.3EL Centro+Taft+0.3 James;工况三:0.3EL Centro+0.3 Taft+James)的一致激励下,得出南塔顶、南塔底、梁端、跨中的一些重要指标(位移、剪力、弯矩时程曲线),对比分析,得出实用结论。(3)推导了非一致激励理论公式;由于本文所研究的悬索桥跨度较大,因此研究了行波效应对其动力特性的影响。通过假设视波速分别500m/s,1000m/s,2000m/s,3000m/s,4000m/s时对悬索桥动力特性的影响,得出悬索桥跨中(纵、横、竖向)位移,南塔和北塔(纵、横向位移),以及跨中和南、北塔的内力响应(弯矩、剪力、轴力),并和一致激励下计算的结果进行对比,得出相关规律。
【图文】：

中国现代悬索桥的发展起源于湖南在 1938 年修建的一座简易悬索桥，到解放后我国共修建 70 余座公路悬索桥，但大多结构形式简单，工程规模和跨径较小。20 世纪 80 年代中后期，中国现代悬索桥的建设取得了一定的进步[9]，其中较有代表性的有 1984 年底建成的西藏达孜桥，跨径 415m，桥宽 4.5m；1987 年建成的大连北桥，跨径 230m，桥宽 12m。可以看出，这些悬索桥跨径相比之前有了一定突破，但是和西方发达国家相比仍显得落后。直到进入 20 世纪 90 年代，中国现代悬索桥建设终于迎来了自己的春天。这些悬索桥中自然不乏优美独特、堪称壮丽的地标性作品，比如1995年建成主跨900m的西陵长江大桥，1997年建成主跨888m的虎门大桥，1998 年建成主跨 1377m 的香港青马大桥，1999 年建成主跨 1385m的江阴长江大桥（图 1.1），2005 年建成主跨 1490m 的润扬大桥和 2009 年建成主跨 1650m 的舟山西堠们大桥（图 1.2），，2012 年建成主跨 2x1080m 的泰州长江大桥（图 1.3），2016 年建成的主跨 1365m 世界第一高四渡河大桥（图 1.4）。这些大跨径悬索桥的陆续建成，使得世界前十的悬索桥中我国就占据五座，标志着我国现代悬索桥已经进入到快速发展时期。

中国现代悬索桥的发展起源于湖南在 1938 年修建的一座简易悬索桥，到解放后我国共修建 70 余座公路悬索桥，但大多结构形式简单，工程规模和跨径较小。20 世纪 80 年代中后期，中国现代悬索桥的建设取得了一定的进步[9]，其中较有代表性的有 1984 年底建成的西藏达孜桥，跨径 415m，桥宽 4.5m；1987 年建成的大连北桥，跨径 230m，桥宽 12m。可以看出，这些悬索桥跨径相比之前有了一定突破，但是和西方发达国家相比仍显得落后。直到进入 20 世纪 90 年代，中国现代悬索桥建设终于迎来了自己的春天。这些悬索桥中自然不乏优美独特、堪称壮丽的地标性作品，比如1995年建成主跨900m的西陵长江大桥，1997年建成主跨888m的虎门大桥，1998 年建成主跨 1377m 的香港青马大桥，1999 年建成主跨 1385m的江阴长江大桥（图 1.1），2005 年建成主跨 1490m 的润扬大桥和 2009 年建成主跨 1650m 的舟山西堠们大桥（图 1.2），2012 年建成主跨 2x1080m 的泰州长江大桥（图 1.3），2016 年建成的主跨 1365m 世界第一高四渡河大桥（图 1.4）。这些大跨径悬索桥的陆续建成，使得世界前十的悬索桥中我国就占据五座，标志着我国现代悬索桥已经进入到快速发展时期。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.25

【参考文献】

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本文编号：2666899