部分斜拉桥的基本设计及静动力特性分析

论文摘要

部分斜拉桥是一种设计自由度较大的新型桥梁结构,比较适合于跨径100-280m之间的桥梁结构,在我国桥梁建设中有较大的应用前景。本文首先介绍了部分斜拉桥的发展历史,并收集了国内外已建的部分斜拉桥的参数资料,对这种桥型的构造、结构参数进行统计分析,为同类结构的设计提供参考依据。在上述参数分析的基础上,结合杭州市康桥路跨运河桥的设计,研究了部分斜拉桥结构的基本构造,并通过平面杆系和空间梁格有限元模型分析了主梁的静力学性能。斜拉索在桥塔索鞍内的固定方式直接影响塔身的结构安全和施工方法,部分斜拉桥从施工性容易性等因素考虑,分丝管固定方式得到广泛采用。由于这种方法对塔的面积削弱比较大,塔的局部应力较大,有必要通过精细的计算方法对塔的局部应力进行研究。本文结合杭州市康桥路跨运河桥的桥塔索鞍构造,建立了局部的三维有限元模型,详细分析了主塔的受力特性。动力问题是桥梁结构设计的另一重要课题。目前国内对部分斜拉桥的动力研究主要侧重于自振特性、地震和拉索疲劳等方面,而对于车桥耦合振动的动力特性研究至今还没有查到相关的文献,考虑到我们国家设计规范中对桥梁的动力特性是通过桥梁的冲击系数反映的,因此本文就车桥耦合振动引起的桥梁各部分动力特性进行了的深入研究。本文以杭州市康桥路跨运河桥为对象,应用考虑桥梁、拉索耦合振动影响的计算分析方法,对桥梁的动力特性进行了研究,通过车辆耦合振动分析,对这类结构在不同行车条件下的位移和内力动力放大系数进行了分析,并比较了路面粗糙度、行车道位置的影响。通过本文研究,得到了以下几点主要结论:1)索塔高和主跨比值一般在1/5以下;边中跨比值控制在0.45～0.7之间:主梁的高跨比基本在1/24～1/45之间;斜拉索分布在主梁边跨和跨中三分点附近;斜拉索容许应力在0.4～0.6σu。2)部分斜拉桥宽箱结构,无索区段内,主梁横向应力分布比较均匀,有索区段内,主梁横向应力分布存在边向中逐渐增大的趋势。3)塔索鞍采用分丝管形式,塔身面积削弱基本不会影响桥塔的整体受力和局部受力。4)路面粗糙度对部分斜拉桥的振动响应的影响十分显著,因此确保路面平整是减轻车辆通行对桥梁影响的重要途径;部分斜拉桥的交通振动形式比较复杂,不同构件、不同截面位置处的冲击系数有较大差异;不同偏载情况下,主梁和斜拉索的冲击系数变化很小。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 部分斜拉桥起源
• 1.2 部分斜拉桥结构和受力特点
• 1.3 部分斜拉桥的研究现状及存在的主要问题
• 1.4 本文研究的主要工作
• 参考文献
• 第二章 部分斜拉桥的结构基本参数
• 2.1 概述
• 2.2 结构基本参数分析
• 2.2.1 塔高和主跨跨度的比值
• 2.2.2 边中跨比
• 2.2.3 主梁的高跨比
• 2.2.4 主梁无索区的长度
• 2.2.5 斜拉索的应变变化幅度
• 2.2.6 斜拉索的容许应力
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 部分斜拉桥结构整体受力特性研究
• 3.1 概述
• 3.2 基本设计
• 3.2.1 桥位及地形条件
• 3.2.2 设计技术条件
• 3.2.3 桥型布置
• 3.2.4 结构细部设计
• 3.2.5 施工方案
• 3.3 结构计算
• 3.3.1 计算方法
• 3.3.2 材料特性及荷载组合
• 3.3.3 杆系模型
• 3.3.4 空间梁格模型
• 3.3.5 两种模型数据分析比较
• 3.4 部分斜拉桥受力特性
• 3.5 本章小结
• 第四章 索鞍位置的局部应力分析
• 4.1 概述
• 4.2 计算模型
• 4.2.1 主塔节段的选取
• 4.2.2 荷载作用
• 4.2.3 单元划分与边界处理
• 4.3 计算结果及分析
• 4.3.1 荷载工况
• 4.3.2 整体应力分析
• 4.3.3 斜拉索通过区段整体应力分析
• 4.3.4 斜拉索孔道位置的局部应力分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 结构动力特性及车辆冲击系数研究
• 5.1 概述
• 5.2 结构动力计算模型
• 5.3 结构的动力特性
• 5.3.1 自振特性
• 5.3.2 模态阻尼计算
• 5.4 车桥耦合振动研究
• 5.4.1 车桥耦合振动计算方法
• 5.4.2 车辆模型
• 5.4.3 路面不平整度
• 5.4.4 车辆中心行驶时计算结果及分析
• 5.4.5 车辆偏载情况时计算结果及分析
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望