[博士]CFRP纜索懸索橋基本性能及關(guān)鍵技術(shù)研究

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　　[博士]CFRP纜索懸索橋基本性能及關(guān)鍵技術(shù)研究　　學(xué)科專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程　　授予學(xué)位： 博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度：2007　　 從日本明石海峽大橋(1991 m跨徑)的建成，到意大利墨西拿海峽懸索橋(3300m跨徑)的建設(shè)，再到5000m跨徑的直布羅陀海峽懸索橋方案的提出，人類將懸索橋向更長大方向推進(jìn)的步伐越來越大，也越來越快了.傳統(tǒng)的鋼纜索因抗銹蝕能力差和自重大的缺點(diǎn)，不適用于更大跨徑懸索橋的建設(shè)中，而碳纖維復(fù)合材料(CFRP)因具有輕質(zhì)高強(qiáng)和耐腐蝕的特點(diǎn)，用在未來超大跨懸索橋中更具優(yōu)勢(shì)。由于世界上目前尚無CFRP纜索懸索橋建成的先例，相關(guān)文獻(xiàn)也很少，因此本文僅就探索性設(shè)計(jì)的CFRP纜索懸索橋的一些基本問題進(jìn)行研究?！　? 作為準(zhǔn)確分析懸索橋靜、動(dòng)力性能的基礎(chǔ)，本文首先對(duì)懸索橋纜索線形及內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和探索。內(nèi)容包括:三種懸鏈線方程的推導(dǎo)，以及與之相應(yīng)的分段懸鏈線法的研究;成橋狀態(tài)和空纜狀態(tài)線形及內(nèi)力的精確計(jì)算方法的研究及程序的編制:二次拋物線法的誤差分析;CFRP纜索與鋼纜索的線形差異比較:主索鞍設(shè)計(jì)、主纜與鞍槽的切點(diǎn)及兩者的接觸內(nèi)力、鞍槽內(nèi)纜長的計(jì)算方法的研究;CFRP主纜索鞍的設(shè)計(jì)要求探討?！　? 其次對(duì)CFRP纜索懸索橋的靜力性能進(jìn)行了研究。先對(duì)懸索橋的極限跨徑、主纜截面積、承載效率、主纜自重垂度效應(yīng)作了分析，并比較了CFRP纜索與鋼纜索在這幾方面的差別。然后對(duì)懸索橋的重力剛度的概念作了闡述，并對(duì)CFRP纜索懸索橋的重力剛度的估算方法及其變化進(jìn)行了分析。通過初步設(shè)計(jì)的2000m跨徑的CFRP!鋼纜索懸索橋算例，進(jìn)行了基本靜力性能的比較分析和包括垂跨比、跨徑比、構(gòu)件結(jié)構(gòu)形式等七個(gè)參數(shù)的影響性分析，并給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議?！　? 本文還對(duì)CFRP纜索懸索橋的自振特性進(jìn)行了研究，以便為橋梁的抗風(fēng)、抗震、車橋共振性能提供分析依據(jù)。通過基頻估算公式和上述2000m跨徑的CFRP!鋼纜索懸索橋的有限元數(shù)值分析，揭示了CFRP纜索懸索橋的自振特性，通過垂跨比、跨徑比等六個(gè)參數(shù)的影響性分析，給出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)建議?！　? 本文的背景工程—作者參與初步設(shè)計(jì)的南京六合白果橋，是一座擬創(chuàng)新地部分采用CFRP纜索的混凝土自錨式懸索橋，其部分橫梁也計(jì)劃采用CF RP筋。根據(jù)該橋的設(shè)計(jì)方案，對(duì)它進(jìn)行了全橋靜力性能自振特性和地震響應(yīng)分析。研究了CFRP-鋼混合索股主纜的容重、彈性模量、安全系數(shù)等設(shè)計(jì)參數(shù)的計(jì)算方法及編制工藝。對(duì)CFRP纜索錨固技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析，通過6, 11, 16根CFRP筋的粘結(jié)型錨具靜載試驗(yàn)和有限元分析，探索性地研究了多根CFRP拉索錨具的靜力性能，并提出了兩種拈結(jié)型CFRP拉索錨具的改進(jìn)建議，以改善CFRP筋的受力狀況并提高錨固性能?！　? 由于CFRP纜索懸索橋抗風(fēng)能力的優(yōu)劣是備受人們關(guān)注的重要問題之一，本文對(duì)其也進(jìn)行了初步探討。首先論述了與懸索橋抗風(fēng)性能有關(guān)的概念、設(shè)計(jì)原則、研究方法及其現(xiàn)狀。然后給出一種簡化的懸索橋橫向靜風(fēng)響應(yīng)計(jì)算方法的框架。通過數(shù)值方法初次研究了CFRP纜索懸索橋靜陣風(fēng)響應(yīng)的特點(diǎn)，并驗(yàn)證了前述橫向重力剛度變化的結(jié)論。最后對(duì)CFRP纜索懸索橋的空氣靜、動(dòng)力穩(wěn)定性進(jìn)行了定性和定量分析，得出了與相關(guān)文獻(xiàn)一致的結(jié)論。

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