斜拉橋的極限跨徑及其結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的理論分析.pdf

1、斜拉橋的極限跨徑是橋梁工程界探討已久的有趣話題，雖然目前有關(guān)極限跨徑本身的研究已很多，但對于跨徑增大后特別是接近技術(shù)極限跨徑時結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的研究卻少有見到。因此本文基于四座超大跨徑斜拉橋試設(shè)計方案，闡釋了其結(jié)構(gòu)靜、動力性能的合理性，重點研究了靜風(fēng)穩(wěn)定性能和顫振穩(wěn)定性能等主梁的氣動穩(wěn)定問題，并總結(jié)了上述性能隨主跨跨徑增長的變化規(guī)律。 1．在總結(jié)斜拉橋極限跨徑研究成果的基礎(chǔ)上，確定主梁軸向力是限制斜拉橋跨徑增長的主要靜力因素。以此作

2、為關(guān)鍵參數(shù)，推導(dǎo)了現(xiàn)有材料水平下斜拉橋跨徑的極限算式，并得到極限跨徑為2500m。 2．以主梁軸向應(yīng)力為主要關(guān)注點，對主跨1000m、1500m、2000m、2500m的斜拉橋方案進行試設(shè)計，其構(gòu)件形式和總體參數(shù)參考現(xiàn)有大跨徑斜拉橋設(shè)計參數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果。 3．試設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)靜力性能合理性以與蘇通大橋的相關(guān)性能對比的形式確定。以蘇通大橋的主梁斷面為原型，通過增加板厚和提高材料等級，可以滿足所有方案的強度和變形要求；而主跨2

3、000m方案的靜力穩(wěn)定性需增大梁高方能保證，而2500m方案即使增加梁高也不能滿足靜力穩(wěn)定性的要求。 4．在深入研究方案的靜風(fēng)響應(yīng)和顫振穩(wěn)定性能之前，開展了結(jié)構(gòu)動力性能的參數(shù)影響分析。對于閉口單箱斜拉橋，結(jié)構(gòu)基頻隨主跨跨徑增大下降明顯；增大梁高有助于提高結(jié)構(gòu)基頻，而增大梁寬反而使結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)基頻下降；塔高和橋塔剛度對結(jié)構(gòu)基頻的影響并不明顯；CFRP拉索材料對于提高結(jié)構(gòu)基頻的效果隨跨徑增大而愈加顯著。 5．靜風(fēng)荷載作用下同樣存

4、在強度、變形和穩(wěn)定性問題。其中，對于35．4m的橋?qū)?，主跨超過2000m后，主梁應(yīng)力將無法滿足。側(cè)向變形過大也是斜拉橋跨徑增大后需解決的突出問題。二維線性和考慮荷載和幾何非線性的三維靜風(fēng)穩(wěn)定分析均表明，本文試設(shè)計方案的靜風(fēng)穩(wěn)定安全有足夠的保證。 6．應(yīng)用二維簡化計算公式對各方案的顫振臨界風(fēng)速進行了估算，隨后以理想平板和兩種典型閉口箱梁斷面氣動導(dǎo)數(shù)進行了二維耦合顫振計算。采用蘇通大橋主梁斷面氣動導(dǎo)數(shù)的結(jié)果表明，即使對于主跨2500