【博士】超大跨度斜拉橋設(shè)計(jì)理論研究【2006】

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　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)　　學(xué)位年度： 2006年　　超大跨度斜拉橋作為與懸索橋最具有競(jìng)爭(zhēng)力的橋型，在千米紐以上跨徑上越來(lái)越受到工程界的青睞，我國(guó)繼香港昂船洲大橋、蘇通大橋之后，又面臨若干近千米級(jí)斜拉橋的規(guī)劃設(shè)計(jì)與論證工作。本文以蘇通大橋等幾座特大跨徑斜拉橋方案為工程背景，以超大跨度斜拉橋的設(shè)計(jì)理論與特殊力學(xué)問(wèn)題為主線，比較深入地開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的工作：　　1．斜拉橋概念設(shè)計(jì)與近似分析理論的研究。　　在現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實(shí)例，就斜拉橋概念設(shè)計(jì)中幾個(gè)總體設(shè)計(jì)參數(shù)的確定原則以及關(guān)鍵構(gòu)造設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。根據(jù)彈性地基梁比擬方法，推導(dǎo)了塔、梁、索的恒活載內(nèi)力近似計(jì)算公式，在概念設(shè)計(jì)階段具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值?；诶碚撏茖?dǎo)與統(tǒng)計(jì)資料，擬合出了斜拉橋基頻(一階豎彎和扭轉(zhuǎn))估算公式，與現(xiàn)行規(guī)范公式相比，不僅形式簡(jiǎn)單、精度較高，而且物理涵義更明確。　　2．大跨度斜拉橋合理成橋與旅工狀態(tài)索力優(yōu)化以及非線性影響比較研究。結(jié)合蘇通大橋設(shè)計(jì)實(shí)踐，系統(tǒng)地研究總結(jié)了各種斜拉橋索力優(yōu)化方法，實(shí)現(xiàn)了千米級(jí)鋼斜拉橋一次張拉索力達(dá)到理想狀態(tài)。以單索模型為對(duì)象，比較了超長(zhǎng)斜拉索的三種非線性計(jì)算方法的影響。驗(yàn)證了8節(jié)點(diǎn)或8段桿單元斜拉索模擬方法在1000～2000m跨徑范圍均具有較高的精度。系統(tǒng)分析了各種幾何非線性因素對(duì)蘇通大橋成橋以及施工狀態(tài)的影響，研究表明如果按等效直稈模量法模擬超長(zhǎng)索的垂度效應(yīng)，將導(dǎo)致大跨度斜拉橋的施工線型計(jì)算不準(zhǔn)確，僅該項(xiàng)因索所引起的主梁立模標(biāo)高最大誤差約30cm，是非常顯著的。最后分析了活載計(jì)算方法的影響，研究表明活載按線性二階理論在千米級(jí)甚至更大跨徑斜拉橋仍然是有效的?！　?．特大跨度斜拉橋方案試設(shè)計(jì)與參數(shù)研究。　　分別以1200、1400、1600m三種超大跨度為目標(biāo)進(jìn)行r方案試設(shè)計(jì)，探討了三種跨徑下，斜拉橋在活載、橫向靜風(fēng)、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及抗風(fēng)性能等方面的變化情況。分析表明，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性是超大跨度斜拉橋跨徑增大后的主要控制囡素。并就粱高、橋塔剛度、塔跨比、拉索布置、主梁寬跨比等一些特征幾何參數(shù)展開(kāi)了深入地比較研究，得到這些參數(shù)變化后的影響規(guī)律，然后比較論證了分體雙箱梁在超大跨徑斜拉橋的適用性。　　4．多索面斜拉橋設(shè)計(jì)理論分析。　　以1600m跨徑為對(duì)象，結(jié)合靜力、穩(wěn)定性、動(dòng)力分析以及經(jīng)濟(jì)性等多方面的比較論證，最終揭示出多索面斜拉橋在超大跨度范圍并非理想的結(jié)構(gòu)型式，而分體雙箱梁與傳統(tǒng)傾斜雙索面是1400m以上跨徑比較理想的選擇?！　?．大跨度斜拉橋結(jié)構(gòu)體系比較研究?！　〗Y(jié)合蘇通大橋和某座主跨816m的單側(cè)混合梁特大跨斜拉橋?qū)嵗芯苛怂贿B接、邊跨輔助墩、混合梁等對(duì)整體力學(xué)性能的影響。前者已用于蘇通大橋?qū)嵺`，有關(guān)結(jié)構(gòu)體系研究與比選的技術(shù)路線和方法可作為同類(lèi)橋梁參考?！　?．斜拉橋的材料用量指標(biāo)與合理跨徑界限?！　∫詺W拉壓桿模型為理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)出變截面橋塔受穩(wěn)定控制時(shí)面內(nèi)最小抗彎剛度的估算表達(dá)式。算例表明，不僅精度較好，而且具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。收集了國(guó)內(nèi)外一些典型斜拉橋的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，可供概念設(shè)計(jì)參考。系統(tǒng)研究了有關(guān)斜拉橋極限跨徑的技術(shù)控制因素。然后以工程統(tǒng)計(jì)資料為基礎(chǔ)，推導(dǎo)了斜拉橋、懸索橋上部結(jié)構(gòu)用鋼當(dāng)量表達(dá)式，進(jìn)而導(dǎo)出了斜拉橋與懸索橋上部結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)比較隨跨徑的變化規(guī)律簡(jiǎn)化表達(dá)式。據(jù)此論證出，即使跨徑達(dá)到1400甚至1600m，斜拉橋在工程經(jīng)濟(jì)方面仍然具有較大的競(jìng)爭(zhēng)力?！　?．大跨度鋼斜拉橋幾何控制法與精度控制要求?！　￡U述了幾何控制法的基礎(chǔ)思想和原則，制定了幾何控制的實(shí)施流程。采用確定性方法對(duì)蘇通大橋施工控制中的主要參數(shù)進(jìn)行了敏感性分析。最后從幾何協(xié)調(diào)性出發(fā)，給出了一套適用于懸臂施工的鋼斜拉橋精度控制建議值，并通過(guò)近似分析驗(yàn)證了它的適用性。最后，關(guān)于進(jìn)一步工作的方向進(jìn)行了簡(jiǎn)要的討論。　　

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