5000m跨徑CFRP纜索懸索橋概念設(shè)計與抗風(fēng)穩(wěn)定性分析.pdf

1、懸索橋由于其合理的受力性能，跨越能力在各種橋型中名列榜首，從已建成的日本明石海峽大橋（跨徑1991m），到規(guī)劃中的意大利墨西拿海峽大橋(跨徑3300m)，懸索橋的跨徑極限不斷被刷新，朝著更大更長的方向推進(jìn)成為現(xiàn)代懸索橋的發(fā)展趨勢。鋼材作為懸索橋纜索結(jié)構(gòu)的傳動材料，因?yàn)楸旧碜灾卮蟮仍蚝茈y適應(yīng)超大跨徑懸索橋的建設(shè)。而CFRP作為一種質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)的新型材料，作為懸索橋主纜材料可以發(fā)揮出極大的優(yōu)勢。目前國際上對于CFRP材料在

2、橋梁工程中的應(yīng)用還處于試驗(yàn)階段，因此本文則對超大跨徑CFRP纜索懸索橋進(jìn)行探索性的研究:
　　本文首先從懸索橋的設(shè)計入手，對懸索橋主纜的線性和內(nèi)力的精確計算進(jìn)行研究。首先推導(dǎo)單索平衡方程，對比傳統(tǒng)的主纜拋物線公式以及懸鏈線公式的異同。再建立彈性分段懸鏈線方程，提出一種精確計算主纜線型的解析方法，并推導(dǎo)索段無應(yīng)力長度，索段內(nèi)力的計算公式。編制Matlab計算程序?qū)ζ溥M(jìn)行求解，與有限元軟件計算出的線型進(jìn)行對比驗(yàn)證，為下文的設(shè)全橋計奠定

3、基礎(chǔ)。
　　推導(dǎo)了成橋狀態(tài)下懸索橋主纜合理面積的計算公式，以主纜面積作為控制因素，分別對鋼、CFRP作為主纜材料進(jìn)行評價，研究不同主纜材料懸索橋的承載效率以及經(jīng)濟(jì)性能。選擇合理的參數(shù)，設(shè)計了一座主跨5000mCFRP主纜的三跨懸索橋。檢驗(yàn)全橋在6種不同荷載工況下的剛度、強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。計算分析矢跨比、邊-中跨比、恒載集度、橋塔形式等參數(shù)對其靜力性能的影響。同時通過數(shù)值計算給出5000mCFRP懸索橋的前25階自振頻率和振型，總結(jié)變

4、化規(guī)律。計算分析矢跨比、邊-中跨比、分體式加勁梁槽寬比、加勁梁剛度、中央連接扣等結(jié)構(gòu)參數(shù)對5000m跨度CFRP懸索橋的動力特性的影響。
　　闡述了風(fēng)致結(jié)構(gòu)靜力失穩(wěn)的基本概念，再采用計算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值方法，計算對比了懸索橋分體式和整體式加勁梁斷面的三分力系數(shù)以及風(fēng)場特性。并編制了基于ANSYS15.0的三維非線性靜風(fēng)穩(wěn)定計算程序。計算兩種加勁梁形式5000mCFRP主纜懸索橋的失穩(wěn)臨界風(fēng)速，并分析在臨界風(fēng)速附近加勁梁以及纜