斜拉-悬吊组合体系桥梁的力学行为及施工过程分析

论文摘要

斜拉-悬吊组合体系桥梁是悬索和斜拉索协同使用的桥梁,这种桥型具有造型新颖、整体刚度大和跨越能力强等特点。随着经济实力的不断提升和跨江、跨海交通工程的迫切需要,斜拉-悬吊组合体系桥梁在许多超大跨度桥梁设计中被作为一种方案提出。因此,进一步研究这种结构体系的力学特点具有重要的工程意义。本文以某座主跨1800m的斜拉-悬吊组合体系方案为工程背景,研究这种结构体系的力学特点、设计参数对结构静、动力特性的影响和施工过程中的合拢措施。论文首先概述了斜拉-悬吊组合体系桥梁的发展历史及这种桥型的结构型式及特点,然后介绍了国内外对这种桥型的研究现状。采用空间非线性有限元软件BNLAS确定出主跨1800m斜拉-悬吊组合体系方案的合理成桥状态,并分析不同荷载工况下结构的响应,总结归纳出结构的主要受力特点。采用与常规悬索桥对比分析的方法,研究了这种桥型的刚度特征。同时,讨论了斜拉悬吊过渡区吊索和斜拉索活载内力幅比较大的原因和斜拉悬吊过渡区结构竖向刚度的变化特征。通过改变结构的总体布置,对不同设计参数下的斜拉-悬吊组合体系桥梁进行试设计,讨论了主缆矢跨比、吊跨比、边跨辅助墩设置、支承体系、吊索纵向布置形式、主梁梁高和吊索弹性模型等设计参数对结构静、动力行为的影响。根据已建立的合理成桥状态,采用倒拆分析的方法建立了施工模型,指出了这种具体施工方案的关键问题,研究了可以采用的合拢措施。研究结果表明,斜拉-悬吊组合体系桥梁具有受力合理、整体刚度大和抗风性能较好等优点。桥塔侧主缆无吊索区较长,主缆竖向刚度相对较小,进入有吊索区后,在最长吊索处刚度发生突然增大,导致此处分担的索力变化量增加。斜拉和悬吊部分竖向刚度的差异导致搭接处存在刚度变化的特征。从减小搭接处最长吊索的活载内力幅考虑,选用较大的吊跨比、吊索采用钢丝绳并采用与斜拉索搭接的布置形式是相对合理的。从提高搭接处刚度过渡平顺性考虑,吊索采用与斜拉索搭接的布置是合适的。从提高结构的整体刚度考虑,边跨设置辅助墩、吊跨比选择在0.5左右是有利的。在施工方案上,采用斜拉和悬吊部分同步架设的施工方案是合理可行的,合拢措施可采用仅张拉斜拉索或压重的方式,也可采用张拉临时吊索和压重相结合的方式。通过以上对斜拉-悬吊组合体系桥梁力学行为和施工过程的分析,希望对今后这种桥型方案的拟定和进一步研究具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 斜拉-悬吊组合体系桥梁的发展概述
• 1.2 斜拉-悬吊组合体系桥梁的结构型式及特点
• 1.2.1 罗勃林体系
• 1.2.2 狄辛格体系
• 1.2.3 自锚式斜拉-悬索协作体系
• 1.2.4 其它形式的协作体系
• 1.3 斜拉-悬吊组合体系桥梁的研究现状
• 1.4 本文的选题及主要工作
• 第2章 斜拉-悬吊组合体系桥梁的力学行为分析
• 2.1 斜拉-悬吊组合体系桥梁的计算分析方法
• 2.2 斜拉-悬吊组合体系桥梁合理恒载状态的确定
• 2.2.1 恒载初始索力的拟定
• 2.2.2 合理恒载状态的确定原则
• 2.2.3 合理恒载状态的主要计算结果
• 2.3 斜拉-悬吊组合体系桥梁的主要力学特点
• 2.3.1 恒载作用
• 2.3.2 汽车活载作用
• 2.3.3 整体温度作用
• 2.4 斜拉-悬吊组合体系桥梁的刚度特征
• 2.4.1 纵向刚度
• 2.4.2 竖向刚度
• 2.4.3 横向刚度
• 2.4.4 动力特性
• 2.5 斜拉-悬吊组合体系桥梁的疲劳问题
• 2.6 斜拉-悬吊组合体系桥梁的刚度过渡问题
• 2.7 本章小结
• 第3章 斜拉-悬吊组合体系桥梁的主要设计参数分析
• 3.1 矢跨比
• 3.1.1 矢跨比对结构内力的影响
• 3.1.2 矢跨比对结构刚度的影响
• 3.1.3 矢跨比对动力特性的影响
• 3.2 吊跨比
• 3.2.1 吊跨比对结构内力的影响
• 3.2.2 吊跨比对结构刚度的影响
• 3.2.3 吊跨比对动力特性的影响
• 3.3 边跨辅助墩个数
• 3.3.1 边跨辅助墩对结构内力的影响
• 3.3.2 边跨辅助墩对结构刚度的影响
• 3.3.3 边跨辅助墩对动力特性的影响
• 3.4 支承体系
• 3.5 吊索纵向布置形式
• 3.5.1 吊索纵向布置对活载索力的影响
• 3.5.2 吊索纵向布置对刚度过渡的影响
• 3.6 主梁梁高
• 3.6.1 主梁梁高对结构内力的影响
• 3.6.2 主梁梁高对结构刚度的影响
• 3.6.3 主梁梁高对刚度过渡的影响
• 3.7 吊索弹性模量
• 3.8 本章小结
• 第4章 斜拉-悬吊组合体系桥梁的施工过程分析
• 4.1 施工方案的分析
• 4.1.1 施工方案概述
• 4.1.2 施工模型的建立
• 4.1.3 施工方案主要计算结果
• 4.2 合拢过程的分析
• 4.2.1 合拢处梁段间宽度的调整
• 4.2.2 右侧合拢处梁段线形的调整
• 4.2.3 左侧合拢处梁段线形的调整
• 4.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 研究生学习期间参与科研实践项目
• 研究生学习期间发表的论文