【博士】大跨度聯(lián)塔分幅斜拉橋結(jié)構(gòu)行為與聯(lián)塔結(jié)構(gòu)模型試驗研究【2009】

內(nèi)容簡介

　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：西南交通大學　　學位年度： 2009年　　隨著交通量的增加，橋梁設計得越來越寬，一種新穎的橋梁斷面形式——雙幅橋面橋梁以其寬敞的視覺效果、良好的行車條件而逐漸受到人們的青睞，雙幅橋面橋梁在國內(nèi)外的建設也在逐漸增多。大多數(shù)的雙幅橋面橋梁是兩座平行獨立的橋梁，除氣動干擾效應外受力完全獨立，正在建設中的寧波甬江特大橋除具備雙幅橋面橋梁的特點外，將兩幅橋的索塔橫向聯(lián)成整體，兩幅橋的受力通過聯(lián)塔部位相互傳遞，呈現(xiàn)出耦合狀態(tài)，聯(lián)塔結(jié)構(gòu)本身的工作狀態(tài)和安全儲備受到工程師們的矚目。本文在收集國內(nèi)外相關(guān)資料和深入分析已有研究成果的基礎上，以寧波甬江特大橋為背景，研究聯(lián)塔分幅斜拉橋的結(jié)構(gòu)行為，并對聯(lián)塔結(jié)構(gòu)進行模型試驗研究。主要研究內(nèi)容如下：　　1．詳細推導了隨施工階段變化的結(jié)構(gòu)狀態(tài)量對斜拉索施工張拉力以及預拱度的響應函數(shù)關(guān)系式，并考慮幾何非線性和徐變的影響。依據(jù)這些響應函　　數(shù)，針對斜拉橋懸臂澆筑施工過程中斜拉索施工張拉力的優(yōu)化，建立了數(shù)學規(guī)劃模型，利用多目標、多約束優(yōu)化算法編制了相應的MATLAB程序進行斜拉索施工張拉力的優(yōu)化?；贏NSYS中的APDL語言編制了斜拉橋懸臂澆注施工階段分析的程序，以實現(xiàn)施工仿真分析的程序化、簡單化。在仿真分析中，對斜拉橋在施工及成橋階段的線性和非線性效應作了簡要比較?！　?．鑒于兩幅橋梁受力的耦合性，對兩幅橋梁的受力相互影響程度進行了定量分析。拓展聯(lián)塔部位的剛度參數(shù)、聯(lián)結(jié)區(qū)域長度，考察兩幅橋梁相互影響對這些參數(shù)的敏感性?！　?．鑒于我國規(guī)范規(guī)定的氣動三分力系數(shù)和風荷載計算是僅針對單幅橋面橋梁，利用有限元程序ANSYS中的FLOTRAN CAD模塊對甬江特大橋雙幅橋面橋梁的風力三分力系數(shù)進行了數(shù)值模擬研究。并對聯(lián)塔分幅式斜拉橋、分離塔單幅式斜拉橋兩種塔結(jié)構(gòu)型式的斜拉橋的靜風穩(wěn)定性能及動力特性進行了比較分析。　　4．以寧波甬江特大橋為工程背景，對其整個聯(lián)塔結(jié)構(gòu)進行室內(nèi)模型試驗研究。針對模型試驗中加載斜拉索的布置位置、數(shù)量及索力的確定，提出了最少索數(shù)的索力優(yōu)化方法，編制了相應的數(shù)值分析程序。在滿足目標狀態(tài)要求的前提下，以最少斜拉索數(shù)量為原則確定了試驗中斜拉索的優(yōu)化布置及相　　應的優(yōu)化索力，在達到預期目標的同時增加了斜拉索的利用率，且減少了資源的耗費。　　5．模型試驗對聯(lián)塔結(jié)構(gòu)的受力性能進行了研究，測試了聯(lián)塔結(jié)構(gòu)的變形、控制斷面的應力、斜拉索索力，實測值與計算值符合較好。通過試驗驗證了最少索數(shù)優(yōu)化方法的合理性和可行性；明確了各斜拉索特別是不同塔上斜拉索之間的索力相互影響程度；驗證了聯(lián)塔結(jié)構(gòu)在施工、運營階段的受力性能：對聯(lián)塔結(jié)構(gòu)模型進行了極限承載力測試，結(jié)果表明結(jié)構(gòu)有較大的安全貯備。　　本研究表明：大跨寬幅斜拉橋中采用聯(lián)塔分幅結(jié)構(gòu)型式是可行的。　　

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