[博士]大跨度自錨式懸索橋的靜動力性能研究

內(nèi)容簡介

　　[博士]大跨度自錨式懸索橋的靜動力性能研究　　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)合工程實際，在自錨式懸索橋的靜動力性能、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)、以三角級數(shù)形式表達(dá)的加勁梁內(nèi)力及變形實用公式。研究發(fā)現(xiàn):對于自錨式懸索橋，應(yīng)用本文的實用方法與有限位移法的計算結(jié)果吻合較好。這說明可以采用撓度理論來研究設(shè)計參數(shù)對結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的影響，尤其是在方案設(shè)計階段，與有限元方法相比，在選定結(jié)構(gòu)主要設(shè)計參數(shù)時本文方法更加方便有效?！　? (2)應(yīng)用基于虛位移原理的實用計算方法，研究跨徑布置、主纜矢跨比、加勁梁剛度等參數(shù)對結(jié)構(gòu)靜力性能的影響。對于自錨式懸索橋，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，但對結(jié)構(gòu)最不利彎矩的影響相對比較小，因此常采用較大的矢跨比;適當(dāng)減小邊跨跨度對增大結(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減小結(jié)構(gòu)的豎向撓度非常有效，并且對主纜在梁端錨固處的壓重也非常有利?！　? (3)針對結(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理論相結(jié)合進(jìn)行結(jié)構(gòu)主要設(shè)計參數(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)修改后的振動模態(tài)和結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)的靈敏度;其計算精度和經(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，結(jié)合風(fēng)洞試驗資料，分析不同的截面形狀、模態(tài)禍合、顫振導(dǎo)數(shù)及施工過程等對自錨式懸索橋結(jié)構(gòu)氣動性能的影響。通過對兩座實橋的氣動性能參數(shù)研究發(fā)現(xiàn):對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，表明對顫振發(fā)生時起主導(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)向搖擺運動對其豎向響應(yīng)的影響非常顯著。這些特點表明自錨式懸索橋的空氣動力性能與斜拉橋較為接近?！　? (5)針對自錨式懸索橋全焊鋼錨箱的新型錨固體系，對其理想狀況下的空間受力特點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)計和加工過程中必須給予足夠的重視。

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