超大跨徑自錨式懸索橋幾何非線性行為理論與試驗性能研究.pdf

1、近幾年，隨著自錨式懸索橋跨徑的不斷增大，在施工中的幾何非線性特征愈加突出，導(dǎo)致在體系轉(zhuǎn)換時，結(jié)構(gòu)的受力特性和位移變化規(guī)律也非常復(fù)雜，且目前國內(nèi)工程界對此相關(guān)研究較少，尚無經(jīng)驗可以借鑒，因此，研究大跨徑自錨式懸索橋幾何非線性特征是十分必要的。在對自錨式懸索橋進(jìn)行仿真模擬分析，存在一定程度上的簡化（特別是邊界條件），導(dǎo)致分析結(jié)果存在一定誤差，從而無法確保這種橋梁真實的幾何非線性特征。運用全橋模型試驗，雖然無法直接根據(jù)試驗數(shù)據(jù)分析出這種橋梁的

2、幾何非線性特征，但是可以間接的從試驗結(jié)果和理論計算結(jié)果的吻合程度來驗證理論計算出的幾何非線性特征的準(zhǔn)確程度。因此，運用全橋模型試驗來探求這種超大跨徑自錨式幾何非線性特征是必要的。
　　基于上述考慮，本文以交通部科技攻關(guān)項目“超大跨徑自錨式懸索橋全橋模型試驗研究”為依托，研究桃花峪黃河大橋的幾何非線性行為特征，并基于試驗數(shù)據(jù)分析其在施工過程中的吊索力學(xué)特性和主纜位移規(guī)律。本文主要內(nèi)容如下:
　　1、介紹了依托項目桃花峪黃河大橋

3、全橋模型試驗的相似關(guān)系、縮尺比選擇、模型各部分構(gòu)造的設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計驗算參數(shù)、配重（恒載補償）狀況，闡述了主纜和吊索張拉方法設(shè)計、力測試系統(tǒng)設(shè)計和位移測試系統(tǒng)設(shè)計，說明了測點布置和模擬施工工況。
　　2、基于試驗數(shù)據(jù)，對比實際橋梁理論換算值和試驗橋梁理論計算值，分析了主纜典型位置在施工中的豎向位移和縱向位移變化特性。結(jié)果表明:在施工中，不同索夾點主纜累計位移的變化特征不相同;在同一工況，中跨和邊跨關(guān)于橋塔對稱的索夾點，

4、中跨位移變化量值總是大于邊跨;邊跨主纜的豎向累計位移和縱向累計位移變形量值基本相同，中跨主纜的豎向累計位移和縱向累計位移變形量值從橋塔到跨中，差值逐漸變大;結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換對主纜豎向累計位移影響顯著，對縱向累計位移影響微弱，且在中跨1/4處最顯著，從中跨跨中到中跨1/4處，影響逐漸增強;從中跨1/4處到橋塔處，影響逐漸減弱，對邊跨幾乎沒有影響。
　　3、基于試驗數(shù)據(jù)，對比實際橋梁理論換算值和試驗橋梁理論計算值，分析了典型吊索索力在施工

5、中的變化規(guī)律。結(jié)果表明:在施工中，邊跨和中跨吊索力變化規(guī)律不同，邊跨吊索經(jīng)歷了因張拉而獲得索力、不受相鄰吊索張拉影響、再受其他吊索的影響吊索力逐漸變大、體系轉(zhuǎn)化完成后吊索力不變化的過程;而中跨吊索經(jīng)歷了因張拉而獲得索力、受相鄰吊索張拉影響驟然變小、再受其他吊索的影響吊索力逐漸變大、體系轉(zhuǎn)化完成后吊索力變化不大的過程。
　　4、基于試驗數(shù)據(jù)，對比實際橋梁理論換算值和試驗橋梁理論計算值，分析了典型吊索在不同工況的索力增長量和最終索力的

6、比值，結(jié)果表明:邊跨吊索最終索力主要源于其它吊索張拉所產(chǎn)生的該吊索累計增長效應(yīng);中跨吊索最終索力主要源于相鄰吊索以外的其它吊索張拉所產(chǎn)生的該吊索累計增長效應(yīng)。
　　5、基于試驗數(shù)據(jù)，對比實際橋梁理論換算值和試驗橋梁理論計算值，分析了結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換對典型吊索索力變化的影響。結(jié)果表明:當(dāng)加勁梁脫架前，隨著后續(xù)吊索張拉，吊索力逐漸變大;當(dāng)加勁梁部分脫架后，隨著后續(xù)吊索張拉，吊索力逐漸變小;當(dāng)加勁梁完全脫架，隨著后續(xù)吊索張拉，吊索力幾乎無變

7、化。
　　6、運用實際橋梁理論計算值，分析了在施工中吊索索力的相鄰影響變化規(guī)律。結(jié)果表明:在施工中，張拉吊索使相鄰吊索索力驟然減小，而對其他吊索索力產(chǎn)生的影響很小;無論邊跨還是中跨，除相鄰吊索以外其他吊索受吊索張拉的影響基本相同;隨著施工的進(jìn)行，邊跨相鄰吊索索力受吊索張拉的影響逐漸增強，中跨相鄰吊索索力受吊索張拉的影響先減弱再增強。
　　7、本文提出了在Midas-civil中，分析自錨式懸索橋幾何非線性特征的方法:遵循力不

8、發(fā)生變化而位移發(fā)生變化的原則，把在同一工況中，同一位置上和同一體系下的吊索張拉力平均分成兩部分，用節(jié)點荷載（外力）模擬，在張拉位置連續(xù)作用兩次，對比主纜各節(jié)點位移的增量。如果增量相同，說明結(jié)構(gòu)是線性的;如果增量不同，說明結(jié)構(gòu)是非線性的。并指出了此種方法雖然無法說明桃花峪黃河大橋整體結(jié)構(gòu)的幾何非線性強弱，但能說明該橋各個工況的幾何非線性特征，且能夠分析出幾何非線性特征隨工況的變化規(guī)律。故此種方法雖然略顯笨拙，但是可行。
　　8、運用

9、筆者提出的方法，從整體分析了施工階段和成橋運營階段主纜豎向位移和縱向位移的幾何非線性特征。結(jié)果表明:在施工中，主纜位移經(jīng)歷了全部索夾點線性化特征明顯、未張拉吊索對應(yīng)索夾點非線性特征增強、未張拉吊索對應(yīng)索夾點非線性特征弱化、已張拉吊索對應(yīng)索夾點非線性特征增強、已張拉吊索對應(yīng)索夾點非線性特征弱化、全部索夾點再次線性化特征明顯的過程;在成橋時，主纜位移完全線性化，荷載效應(yīng)完全符合疊加原理，不存在幾何非線性特征。
　　9、運用筆者提出的方