[博士]大跨度自錨式懸索橋受力特性與極限承載力研究

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　　[博士]大跨度自錨式懸索橋受力特性與極限承載力研究　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位： 博士　　學(xué)位授予單位：中南大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　 自錨式懸索橋以其結(jié)構(gòu)新穎、造型優(yōu)美、經(jīng)濟性能良好、對地形及地質(zhì)狀況適應(yīng)性強等優(yōu)點而越來越受到工程界的關(guān)注。自錨式懸索橋主纜錨固于主梁之上，形成縱向自平衡體系，其施工方法和成橋后的受力特性均與地錨式懸索橋有顯著差別。本文以長沙市三漢磯湘江大橋為工程背景，對跨度自錨式懸索橋的受力性能及局部與整體相關(guān)屈曲極限承載力進行研究，主要完成了以下工作:　　 (1)將自錨式懸索橋鋼箱梁離散為由邊箱及頂?shù)装褰M成的空間梁段單元。主梁中任一點的總位移為整體位移和局部位移之和，按平截面假定計算梁段單元整體位移，沿加勁梁縱向取單位長度橫向條帶計算單元的局部位移?；谟邢拮冃卫碚摷靶拚睦窭嗜樟惺?，推導(dǎo)了自錨式懸索橋主梁局部與整體相關(guān)屈曲非線性增量平衡方程和單元剛度矩陣，并編制了相應(yīng)的分析軟件。　　 (2)選擇主梁及橋塔的拉壓及彎曲應(yīng)變能作為優(yōu)化目標(biāo)，吊索力作為設(shè)計變量，成橋線形作為狀態(tài)變量，將優(yōu)化計算理論引入自錨式懸索橋成橋狀態(tài)的確定，為達到合理的成橋狀態(tài)提供理論依據(jù)及實現(xiàn)途徑。結(jié)合索段數(shù)值分析和非線性有限元的特點，提出自錨式懸索橋主纜線形和無應(yīng)力索長計算的迭代方法，編制了相應(yīng)的計算程序?！　? (3)詳細(xì)探討了跨徑布置、主纜矢跨比、主梁L拱度、吊索間距、主梁抗彎剛度以及主纜軸向剛度等結(jié)構(gòu)參數(shù)對自錨式懸索橋受力性能的影響。通過目標(biāo)函數(shù)對設(shè)計變量的梯度值，引入結(jié)構(gòu)參數(shù)敏感系數(shù)，并對成橋線形、結(jié)構(gòu)豎向剛度、主梁及塔底彎矩的參數(shù)敏感系數(shù)進行計算，為結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工控制提供依據(jù)?！　? (4)對三漢磯湘江大橋進行了1:28的整體模型試驗，利用結(jié)構(gòu)優(yōu)化理論對模型試驗的施工過程進行控制，獲得了合理的成橋狀態(tài)。表明吊索的無應(yīng)力安裝能夠應(yīng)用于實際工程，避免了反復(fù)張拉吊索的過程，提高了施工效率。成橋階段受力性能實測結(jié)果與計算值吻合良好，驗證了計算理論和分析程序的可靠性。　　 (5)利用編制的分析程序計算了三漢磯湘江大橋在不同荷載工況下的局部與整體相關(guān)屈曲極限承載力，并探討了主梁橫隔板剛度、間距及局部變形對自錨式懸索橋局部與整體相關(guān)屈曲極限承載力的影響。　　 (6)對三漢磯湘江大橋設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)體系的選擇、成橋狀態(tài)的優(yōu)化、施工過程中的受力狀態(tài)以及結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)和減震控制措施進行分析計算，為結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的選擇提供依據(jù)。

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