三塔四跨懸索橋計(jì)算理論及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、隨著世界經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及全球一體化浪潮進(jìn)程的加快，交通建設(shè)呈現(xiàn)出泛?；?、洲際化發(fā)展趨勢，這對橋梁跨越寬廣水域時(shí)的跨徑及連續(xù)跨越能力提出了更高要求。作為一種新的橋梁結(jié)構(gòu)形式，多塔懸索橋在跨徑和連續(xù)跨越能力方面有著獨(dú)特的競爭優(yōu)勢，但由于其受力性能與兩塔懸索橋完全不同，相關(guān)的計(jì)算理論和施工方法尚不完善，大跨度多塔懸索橋的發(fā)展較為緩慢，近幾年中國連續(xù)修建了三座三塔懸索橋標(biāo)志著多塔懸索橋的發(fā)展有了質(zhì)的飛躍。本文依托鸚鵡洲長江大橋背景工程對三塔四跨

2、懸索橋的計(jì)算理論和優(yōu)化方法進(jìn)行研究，取得了一些創(chuàng)新性成果和結(jié)論：
　?。?）根據(jù)橋塔的力學(xué)行為，基于撓度理論推導(dǎo)得到三塔懸索橋的解析模型，從理論分析的角度討論了懸索橋加勁梁抗彎剛度對結(jié)構(gòu)豎向剛度的貢獻(xiàn)，以此為基礎(chǔ)對撓度模型進(jìn)行了簡化，進(jìn)一步推導(dǎo)得到基于單索理論的三塔懸索橋解析模型，通過非線性有限元模型驗(yàn)證了這兩種解析模型的可靠性。
　?。?）基于單索理論推導(dǎo)得到了主纜水平剛度的顯式表達(dá)式。以鸚鵡洲長江大橋的設(shè)計(jì)參數(shù)為例，揭示

3、了三塔懸索橋“中塔效應(yīng)”產(chǎn)生的根源，該公式可用于指導(dǎo)多塔懸索橋中塔剛度的設(shè)計(jì)。此外，主纜水平剛度還被用作確定多塔懸索橋解析模型迭代求解時(shí)的合理迭代初值和三塔懸索橋豎彎基頻簡化計(jì)算公式的修正中。
　?。?）提出了考慮中塔特殊性的三塔四跨懸索橋的材料估算模型，并對三塔四跨懸索橋的經(jīng)濟(jì)矢跨比進(jìn)行了討論。分別從保證中塔鞍座抗滑性和結(jié)構(gòu)最大結(jié)構(gòu)撓度比要求的角度，得到了三塔四跨懸索橋的恒、活載比的上、下限值。最后還分別從經(jīng)濟(jì)性和剛度兩方面討論

4、了中塔的最優(yōu)構(gòu)造形式。
　?。?）基于精確懸鏈線理論和柔性迭代方法的纜形分析方法在處理懸索橋纜索線形、內(nèi)力上具有巨大的優(yōu)勢，但作為傳統(tǒng)的解析方法，其算法上的缺陷致其應(yīng)用受限。本文提出了一種與該解析方法思路一致的懸索橋非線性分析單元，包括索單元、鞍座單元和非線性梁單元，該類單元的特點(diǎn)在于采用無應(yīng)力長度作為單元?jiǎng)偠染仃嚨膬?nèi)變量，以便于與纜索線形分析方法相融合，有力的拓展了其應(yīng)用范疇。所提出的纜索線形分析方法還考慮了鞍座的作用，并針對柔