基于高性能材料的特大跨徑混凝土斜拉橋的受力性能分析.pdf

1、混凝土斜拉橋以其耐久性好、造價和維護(hù)費用相對較低等優(yōu)勢已成為大跨橋梁結(jié)構(gòu)中極具有競爭力的橋型。但因普通混凝土的比強度較低,使得現(xiàn)有混凝土斜拉橋的適用跨徑一般在500m以下。更大跨徑的斜拉橋多采用鋼--混凝土疊合梁或鋼梁。但與混凝土斜拉橋相比,鋼斜拉橋的造價要高得多且鋼材易銹蝕將導(dǎo)致鋼斜拉橋的耐久性降低和后期維護(hù)費用增加。因此,本文提出采用輕質(zhì)、高強、耐久性好的超高性能混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)作為主

2、梁和索塔、高級復(fù)合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/plastics)作為拉索而形成一種高效、耐久的混凝土斜拉橋結(jié)構(gòu)體系,使其適用跨徑達(dá)到1000m左右,從而大大擴(kuò)展混凝土斜拉橋的應(yīng)用范圍。
　　 本文以1008m主跨的鋼索鋼主梁普通混凝土索塔斜拉橋設(shè)計方案為例,擬定了不同材料組合下的五個等跨度斜拉橋設(shè)計方案:
　　 (1)方案1(S-S-N)——鋼拉索、鋼主梁、普通混凝土索塔

3、；
　　 (2)方案2(C-S—N)——CFRP拉索、鋼主梁、普通混凝土索塔；
　　 (3)方案3(S—R-N)——鋼拉索、RPC主梁、普通混凝土索塔；
　　 (4)方案4(C-R-N)——CFRP拉索、RPC主梁、普通混凝土索塔；
　　 (5)方案5(C-R-R)——CFRP拉索、RPC主梁、RPC索塔；
　　 運用有限元分析軟件MIDAS建立了五種斜拉橋設(shè)計方案的三維空間結(jié)構(gòu)計算模型,對其靜力

4、特性、動力特性以及穩(wěn)定性能等進(jìn)行了分析與比較,探討了這種新型斜拉橋結(jié)構(gòu)體系在實際工程中應(yīng)用的可行性。本文主要完成了以下工作:
　　 (1)介紹了本課題的研究目的和意義,綜述了國內(nèi)外的相關(guān)研究進(jìn)展,并闡述了本文研究方法及主要內(nèi)容。
　　 (2)試設(shè)計了一座主跨為1008m的斜拉橋,通過計算分析說明采用等強度原則用CFRP斜拉索替換鋼拉索是合理可行的；設(shè)計了RPC主梁截面,并且從剛度、全截面抗剪及局部穩(wěn)定等方面論證了此RPC

5、主梁設(shè)計的合理性。
　　 (3)對五種斜拉橋設(shè)計方案在汽車荷載、溫度荷載、恒荷載、靜風(fēng)荷載及各種荷載組合下的主梁撓度、索塔偏位、結(jié)構(gòu)內(nèi)力及應(yīng)力等各項靜力性能進(jìn)行了詳細(xì)的比較研究,結(jié)果表明本文所提出的新型斜拉橋結(jié)構(gòu)體系具有良好的靜力性能。
　　 (4)完成了五種斜拉橋結(jié)構(gòu)方案的動力特性及空間彈性穩(wěn)定的分析計算,并且詳細(xì)分析了CFRP索、RPC主梁以及RPC索塔替換后,各體系的自振模態(tài)和失穩(wěn)模態(tài)的變化規(guī)律,結(jié)果表明本文所提出