[博士]大跨度自錨式懸索橋的靜動(dòng)力性能研究

內(nèi)容簡介

　　[博士]大跨度自錨式懸索橋的靜動(dòng)力性能研究　　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：2007　　自錨式懸索橋無論是在受力性能方面，還是在構(gòu)造方面，與地錨式懸索橋都有很大的區(qū)別。本文結(jié)合工程實(shí)際，在自錨式懸索橋的靜動(dòng)力性能、參數(shù)敏感性分析及錨固構(gòu)造等方面進(jìn)行了研究和探討，具體研究內(nèi)容如下:　　 (})基于撓度理論和虛位移原理，推導(dǎo)了具有梁一柱效應(yīng)、以三角級(jí)數(shù)形式表達(dá)的加勁梁內(nèi)力及變形實(shí)用公式。研究發(fā)現(xiàn):對(duì)于自錨式懸索橋，應(yīng)用本文的實(shí)用方法與有限位移法的計(jì)算結(jié)果吻合較好。這說明可以采用撓度理論來研究設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的影響，尤其是在方案設(shè)計(jì)階段，與有限元方法相比，在選定結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)本文方法更加方便有效?！　? (2)應(yīng)用基于虛位移原理的實(shí)用計(jì)算方法，研究跨徑布置、主纜矢跨比、加勁梁剛度等參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)靜力性能的影響。對(duì)于自錨式懸索橋，隨著矢跨比的增加，結(jié)構(gòu)豎向總體剛度增大，加勁梁的壓力減小，但對(duì)結(jié)構(gòu)最不利彎矩的影響相對(duì)比較小，因此常采用較大的矢跨比;適當(dāng)減小邊跨跨度對(duì)增大結(jié)構(gòu)剛度、減小結(jié)構(gòu)受力有利，但是過小的邊跨會(huì)增大錨固處主纜的豎向分力，增大結(jié)構(gòu)的壓重。加勁梁的抗彎剛度對(duì)結(jié)構(gòu)總體剛度的影響比較大;合適的邊跨及外伸跨長度對(duì)減小結(jié)構(gòu)的豎向撓度非常有效，并且對(duì)主纜在梁端錨固處的壓重也非常有利?！　? (3)針對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)改變后的模態(tài)分析問題，提出有限元方法和矩陣攝動(dòng)理論相結(jié)合進(jìn)行結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)的敏感性分析的方法。此方法避免了結(jié)構(gòu)參數(shù)每修改一次就需要求解一次廣義特征值的問題。從對(duì)一座自錨式懸索橋的參數(shù)敏感性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn):本方法很容易獲得結(jié)構(gòu)修改后的振動(dòng)模態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的靈敏度;其計(jì)算精度和經(jīng)濟(jì)性是另人滿意的?！　? (4)基于橋梁多振型禍合的氣彈性理論，建立了氣動(dòng)參數(shù)敏感性分析的理論和方法。該方法應(yīng)用特征值問題理論，分別考慮顫、抖振的特點(diǎn)，結(jié)合風(fēng)洞試驗(yàn)資料，分析不同的截面形狀、模態(tài)禍合、顫振導(dǎo)數(shù)及施工過程等對(duì)自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)氣動(dòng)性能的影響。通過對(duì)兩座實(shí)橋的氣動(dòng)性能參數(shù)研究發(fā)現(xiàn):對(duì)于具有扁平流線型鋼箱梁的自錨式懸索橋，其顫振臨界風(fēng)速的計(jì)算結(jié)果比較接近于薄平板，且絕大部分能量都集中到扭轉(zhuǎn)振型上，表明對(duì)顫振發(fā)生時(shí)起主導(dǎo)作用的是扭轉(zhuǎn)模態(tài);結(jié)構(gòu)阻尼的增加在一定范圍內(nèi)對(duì)抑制結(jié)構(gòu)響應(yīng)所起的作用明顯;加勁梁的側(cè)向搖擺運(yùn)動(dòng)對(duì)其豎向響應(yīng)的影響非常顯著。這些特點(diǎn)表明自錨式懸索橋的空氣動(dòng)力性能與斜拉橋較為接近。　　 (5)針對(duì)自錨式懸索橋全焊鋼錨箱的新型錨固體系，對(duì)其理想狀況下的空間受力特點(diǎn)及帶初始缺陷情況下的彈性屈曲荷載進(jìn)行了全面的分析。結(jié)果表明:錨箱梁段在設(shè)計(jì)軸力作用下，應(yīng)力及變形的分布極為復(fù)雜;腹板和錨固區(qū)段的焊接殘余應(yīng)力較大;在錨箱的設(shè)計(jì)和加工過程中必須給予足夠的重視。

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