悬索桥锚固区蠕动仿真与安全性评估研究

论文摘要

悬索桥是我国常用的特大型、大型桥梁之一，这些大型桥梁都处于各个交通要道，投资巨大，投资和维护费用是各种桥型里面最大的。三峡库区的两座悬索桥，由于工程地质条件较好，在悬索桥建设中适宜于选择较经济的隧道式锚固系统。然而，三峡库区蓄水后，复杂的水蚀环境会降低隧道锚围岩与锚碇基础的稳定性，改变锚碇的受力与变形，导致锚碇结构产生蠕动位移。锚碇结构位移产生后，会对悬索桥的各主要组成部分产生相应的影响，进而对悬索桥的安全使用功能产生影响。因此，关于悬索桥锚固区蠕动位移对全桥受力与变形的研究就有十分紧迫和现实的意义。本文介绍了悬索桥的三种计算理论，以及解析法和有限元法计算悬索桥线形的原理。然后以忠县长江大桥为依托，以有限元分析计算为手段，分别分析了锚碇结构位移对悬索桥主缆、吊杆、加劲梁、索塔的受力及变形的影响，比较了在不同的锚碇位移值作用下悬索桥各主要组成部分受力和变形的变化趋势。在此基础上，进一步分析了不同跨径、不同跨度比、不同索塔高度的悬索桥在锚碇结构位移的作用下结构所受效应的改变量，比较了锚碇结构位移对悬索桥这三个参数的敏感程度。根据有限元分析的结果，总结出了在作用相同数值的锚碇结构位移的情况下，发生锚碇结构位移一侧的边缆拉力与索塔塔底弯矩所受的影响相对较大；此外，在悬索桥的跨径、跨度比、索塔高度这三个参数中，锚碇结构位移对跨度比最为敏感。论文的研究，从忠县长江大桥出发，最后扩展到不同参数下的悬索桥，得出了锚碇结构位移对悬索桥结构所所造成影响的初步结论，为今后悬索桥锚碇结构尤其是隧道锚的研究提供一种积极的借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及必要性
• 1.2 国内外主要研究方向及现状
• 1.2.1 悬索桥的发展历史
• 1.2.2 国内外悬索桥锚固区的研究现状
• 1.3 主要研究内容及取得的成果
• 1.4 主要创新点
• 1.5 本章小结
• 第二章 悬索桥结构的计算理论及原理
• 2.1 悬索桥的计算理论
• 2.1.1 弹性计算理论
• 2.1.2 挠度计算理论
• 2.1.3 有限位移计算理论
• 2.2 解析法计算原理
• 2.2.1 无应力长度不变原理
• 2.2.2 平衡微分方程
• 2.2.3 抛物线法计算无应力长度
• 2.2.4 悬链线法计算无应力长度
• 2.2.5 主缆的修正
• 2.3 有限元结合节线法计算悬索桥线形
• 2.3.1 竖直平面上的分析
• 2.3.2 水平面上的分析
• 2.3.3 精确平衡状态分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 锚碇结构位移对忠县长江大桥受力与变形的影响
• 3.1 概述
• 3.1.1 隧道锚的组成及特点
• 3.1.2 悬索桥各主要组成部分的受力特点
• 3.2 有限元建模分析过程
• 3.2.1 忠县长江大桥概况
• 3.2.2 桥梁结构分析
• 3.2.3 空间力学模型简化
• 3.2.4 材料的选取
• 3.2.5 荷载的添加
• 3.3 锚碇结构位移对主缆受力与变形的影响
• 3.3.1 对主缆拉力的影响
• 3.3.2 对主缆变形的影响
• 3.4 锚碇结构位移对吊杆受力与变形的影响
• 3.4.1 对吊杆拉力的影响
• 3.4.2 对吊杆变形的影响
• 3.5 锚碇结构位移对加劲梁受力与变形的影响
• 3.5.1 对加劲梁弯矩的影响
• 3.5.2 对加劲梁挠度的影响
• 3.6 锚碇结构位移对索塔受力与变形的影响
• 3.6.1 对塔底弯矩的影响
• 3.6.2 对塔顶位移的影响
• 3.7 计算分析结果的综合比较
• 3.8 本章小结
• 第四章 锚碇结构位移对不同参数悬索桥的影响
• 4.1 概述
• 4.2 锚碇结构位移对发生位移一侧边缆拉力的影响
• 4.2.1 对不同跨径悬索桥边缆拉力的影响
• 4.2.2 对不同跨度比悬索桥边缆拉力的影响
• 4.2.3 对不同索塔高度悬索桥边缆拉力的影响
• 4.3 锚碇结构位移对发生位移一侧索塔塔底弯矩的影响
• 4.3.1 对不同跨径悬索桥塔底弯矩的影响
• 4.3.2 对不同跨度比悬索桥塔底弯矩的影响
• 4.3.3 对不同索塔高度悬索桥塔底弯矩的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 进一步工作的方向
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果