[碩士]斜拉橋的極限跨徑及其結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的理論分析

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　　[碩士]斜拉橋的極限跨徑及其結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的理論分析　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：同濟大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　斜拉橋的極限跨徑是橋梁工程界探討已久的有趣話題，雖然目前有關(guān)極限跨徑本身的研究已很多，但對于跨徑增大后特別是接近技術(shù)極限跨徑時結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究卻少有見到。因此本文基于四座超大跨徑斜拉橋試設(shè)計方案，闡釋了其結(jié)構(gòu)靜、動力性能的合理性，重點研究了靜風(fēng)穩(wěn)定性能和顫振穩(wěn)定性能等主梁的氣動穩(wěn)定問題，并總結(jié)了上述性能隨主跨跨徑增長的變化規(guī)律?！　? 1.在總結(jié)斜拉橋極限跨徑研究成果的基礎(chǔ)上，確定主梁軸向力是限制斜拉橋跨徑增長的主要靜力因素。以此作為關(guān)鍵參數(shù)，推導(dǎo)了現(xiàn)有材料水平下斜拉橋跨徑的極限算式，并得到極限跨徑為2500m o　　 2.以主梁軸向應(yīng)力為主要關(guān)注點，對主跨IOOOm, 1500m, 2000m, 2500m的斜拉橋方案進行試設(shè)計，其構(gòu)件形式和總體參數(shù)參考現(xiàn)有大跨徑斜拉橋設(shè)計參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果?！　? 3.試設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)靜力性能合理性以與蘇通大橋的相關(guān)性能對比的形式確定。以蘇通大橋的主梁斷面為原型，通過增加板厚和提高材料等級，可以滿足所有方案的強度和變形要求;而主跨2000m方案的靜力穩(wěn)定性需增大梁高方能保證，而2500m方案即使增加梁高也不能滿足靜力穩(wěn)定性的要求?！　? 4.在深入研究方案的靜風(fēng)響應(yīng)和顫振穩(wěn)定性能之前，開展了結(jié)構(gòu)動力性能的參數(shù)影響分析。對于閉口單箱斜拉橋，結(jié)構(gòu)基頻隨主跨跨徑增大下降明顯;增大梁高有助于提高結(jié)構(gòu)基頻，而增大梁寬反而使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)基頻下降;塔高和橋塔剛度對結(jié)構(gòu)基頻的影響并不明顯;CFRP拉索材料對于提高結(jié)構(gòu)基頻的效果隨跨徑增大而愈加顯著?！　? 5.靜風(fēng)荷載作用下同樣存在強度、變形和穩(wěn)定性問題。其中，對于35.4m的橋?qū)?，主跨超過2000m后，主梁應(yīng)力將無法滿足。側(cè)向變形過大也是斜拉橋跨徑增大后需解決的突出問題。二維線性和考慮荷載和幾何非線性的三維靜風(fēng)穩(wěn)定分析均表明，本文試設(shè)計方案的靜風(fēng)穩(wěn)定安全有足夠的保證。　　 6.應(yīng)用二維簡化計算公式對各方案的顫振臨界風(fēng)速進行了估算，隨后以理想平板和兩種典型閉口箱梁斷面氣動導(dǎo)數(shù)進行了二維禍合顫振計算。采用蘇通大橋主梁斷面氣動導(dǎo)數(shù)的結(jié)果表明，即使對于主跨2500m方案仍能保證70m/s左右的臨界風(fēng)速;采用理想平板氣動導(dǎo)數(shù)，則這一數(shù)值可增大至100m/s以上;而采用Great Belt橋主梁氣動導(dǎo)數(shù)計算所得數(shù)值與理想平板的結(jié)果十分接近。這就說明閉口單箱斜拉橋通過自身主梁氣動外形的改善還可進一步提高其顫振穩(wěn)定性。

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