单索、多塔预应力混凝土斜拉桥结构性能研究

论文摘要

本文研究由单索、多个矮塔及刚性主梁组成的预应力混凝土斜拉桥。这种桥型建筑造型优美，整体结构刚柔相济，受力性能优越，施工方便，因此在城市中等跨径桥梁建设中极具竞争力，具有良好的发展前景。　 本文以国内首座在建的单索、三塔预应力混凝土斜拉桥为工程背景，建立了该桥型的有限元静力分析模型和动力分析模型，并进行了结构静力性能、动力性能和地震反应特性的分析研究；同时通过全桥有机玻璃模型试验，进一步明确了该桥型的整体结构性能。通过本文的研究，得出关于该新桥型结构性能的以下几点主要结论：　 （1）单索、多塔预应力混凝土斜拉桥在自重、自重+预应力、自重+预应力+活载三种荷载工况作用下，上部结构的变形和纵向应力分布特征均与相应的多跨预应力混凝土连续梁桥类似。 （2）单索、多塔预应力混凝土斜拉桥在自重作用下，上部混凝土主梁截面内将产生较大的纵向拉应力；但在施加了合理的纵向预应力后，可使主梁截面全部处于有利的纵向压应力状态。但在桥塔单侧拉索换索情况下，主梁的纵向应力将有较大的增长，需要在设计时予以足够的重视。 （3）单索、多塔预应力混凝土斜拉桥的上部主梁具有较大的竖向刚度。在本文研究中，上部结构在自重、预应力和最不利活载共同作用下的最大挠度仅为跨度的 1/4200。此外，由最不利活载引起的上部主梁的最大纵向拉应力和压应力值，分别仅为自重相应值的 1/4 和 1/9。 （4）单索、多塔预应力混凝土斜拉桥的斜拉索在最不利活载作用下的索力变化幅值都较小。在本文研究中，最大变化幅值仅为成桥状态时斜拉索应力值的6%。 （5）动力特性分析表明，单索、多塔预应力混凝土斜拉桥为中长周期结构，其基本自振周期介于常规预应力混凝土斜拉桥和相应的连续梁桥之间。 （6）单索、多塔预应力混凝土斜拉桥在水平地震作用下，塔、梁、墩固结的主塔墩将产生较大的地震内力。在竖向地震作用下，上部主梁及斜拉索的应力变化幅值都不大。 （7）全桥有机玻璃模型试验进一步验证了有限元静力分析所得到的结论，两者得到了一致的规律。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 工程背景
• 1.2.1 桥型总体布置
• 1.2.2 支承体系
• 1.2.3 主梁
• 1.2.4 主塔
• 1.2.5 斜拉索
• 1.2.6 桥墩、承台和基础
• 1.3 课题的提出
• 1.4 本文的工作
• 第二章 结构静力性能分析
• 2.1 有限元静力分析模型的建立
• 2.1.1 基本假定
• 2.1.2 单元选取与网格划分
• 2.1.3 边界条件
• 2.2 结构受力性能分析
• 2.2.1 自重荷载作用
• 2.2.2 自重+预应力作用
• 2.2.3 自重+预应力+活载作用
• 2.3 宽箱梁剪力滞效应分析
• 2.4 斜拉索索力变化分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 结构动力性能及地震反应特性分析
• 3.1 桥梁结构地震反应分析方法概述
• 3.2 动力分析有限元模型的建立
• 3.2.1 分析模型假定
• 3.2.2 单元选取与网格划分
• 3.2.3 边界条件
• 3.3 结构动力特性分析
• 3.4 结构地震反应分析
• 3.4.1 地震输入的考虑
• 3.4.2 结构地震内力反应特征
• 3.4.3 结构地震位移反应特征
• 3.5 本章小结
• 第四章 全桥有机玻璃模型试验研究
• 4.1 有机玻璃模型设计与测点布置
• 4.1.1 模型设计
• 4.1.2 测试断面
• 4.1.3 测点布置
• 4.1.4 加载工况
• 4.1.5 模型试验数据量测及处理
• 4.2 模型试验结果与分析
• 4.2.1 挠度试验结果与分析
• 4.2.2 应力试验结果与分析
• 4.2.3 换索时主梁应力变化试验结果与分析
• 4.3 与有限元静力分析结果比较
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢