自錨式斜拉-懸索協(xié)作體系橋合理成橋狀態(tài)確定與若干問(wèn)題研究.pdf

1、自錨式斜拉一懸索協(xié)作體系橋作為一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)形式，具有結(jié)構(gòu)新穎，受力合理，抗風(fēng)性能好，施工安全和工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，具備了傳統(tǒng)的纜索承重橋所具備的許多優(yōu)點(diǎn)，并且由于取消了龐大的錨碇，使其在軟土地基、強(qiáng)風(fēng)地區(qū)具有突出的優(yōu)越性，在大跨橋型尤其是跨海大橋中極具競(jìng)爭(zhēng)力。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于自錨式斜拉-懸索協(xié)作體系橋的相關(guān)研究較少，而該橋型在特定條件下有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因此有必要對(duì)該橋型展開系統(tǒng)的研究，本文結(jié)合交通部西部交通建設(shè)科技項(xiàng)目“斜拉-懸索協(xié)作

2、體系橋梁的研究”課題，以擬建的大連跨海大橋?yàn)楣こ瘫尘?，?duì)自錨式斜拉-懸索協(xié)作體系橋的合理成橋狀態(tài)計(jì)算方法、非線性隨機(jī)靜力響應(yīng)、非線性動(dòng)力響應(yīng)及減震設(shè)計(jì)優(yōu)化進(jìn)行了深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　 1.由于自錨式斜拉-懸索協(xié)作體系橋這種橋型比較特殊，它結(jié)合了斜拉橋和自錨式懸索橋的受力特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)特征，利用現(xiàn)有的斜拉橋和懸索橋計(jì)算合理成橋狀態(tài)的方法已經(jīng)無(wú)法得到理想的結(jié)果，推導(dǎo)了不變形預(yù)張力的索力不變?cè)?，在現(xiàn)有方法的基礎(chǔ)上，基于幾何

3、非線性計(jì)算，結(jié)合該原理提出了自錨式斜拉-懸索協(xié)作體系橋合理成橋狀態(tài)確定的分步算法。利用相關(guān)有限元計(jì)算程序及自行編制的輔助程序MCFS可以方便地實(shí)現(xiàn)該計(jì)算方法。計(jì)算實(shí)例表明利用該方法計(jì)算得到的成橋狀態(tài)下加勁梁位于設(shè)計(jì)曲線上并且恒載彎矩較為均勻，分布合理，主塔彎矩較小且塔頂水平變位接近于零，斜拉索索力分布均勻。計(jì)算時(shí)主纜、斜拉索和吊索均采用彈性懸鏈線索單元模擬，得到的不變形預(yù)張力(或無(wú)應(yīng)力索長(zhǎng))結(jié)果可以直接應(yīng)用于施工階段的分析計(jì)算。

4、　　 2.考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料、幾何尺寸等各項(xiàng)參數(shù)的隨機(jī)性，應(yīng)用響應(yīng)面法對(duì)自錨式斜拉一懸索協(xié)作體系橋的加勁梁跨中撓度以及結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進(jìn)行了隨機(jī)靜力分析，其中針對(duì)加勁梁跨中撓度為研究對(duì)象的隨機(jī)靜力分析采用了非線性有限元計(jì)算模型，研究了自錨式.斜拉懸索協(xié)作體系橋加勁梁跨中撓度和結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性在各項(xiàng)基本隨機(jī)變量變化下的變化規(guī)律，結(jié)果表明主纜的各項(xiàng)參數(shù)為自錨式.斜拉懸索協(xié)作體系橋結(jié)構(gòu)整體剛度的主要影響因素；而混凝土加勁梁的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)其穩(wěn)定性

5、影響最為顯著。通過(guò)這-研究結(jié)果可以使設(shè)計(jì)者能清楚地了解各種隨機(jī)因素對(duì)自錨式斜拉一懸索協(xié)作體系橋結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響程度，為合理設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　 3.通過(guò)大連跨海大橋的空間有限元?jiǎng)恿Ψ治?，討論了漂浮體系的自錨式斜拉一懸索協(xié)作體系橋的動(dòng)力特性；利用修正的反應(yīng)譜分析了結(jié)構(gòu)在縱向、橫向、豎向及三向正交分兩組合作用下的地震反應(yīng)；采用國(guó)際常用實(shí)錄波和人工生成的地震波進(jìn)行了非線性動(dòng)力時(shí)程分析，取其結(jié)果平均值作為非線性動(dòng)力時(shí)程的分析結(jié)果。將其

6、結(jié)果與反應(yīng)譜分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，揭示了對(duì)于該類大跨度橋梁進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析的必要性，所得結(jié)論可以作為該類橋梁的抗震設(shè)計(jì)參考，地震反應(yīng)分析的結(jié)果表明結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行減、隔震設(shè)計(jì)。
　　 4.采用Maxwell模型來(lái)模擬阻尼器對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了考慮幾何非線性和邊界非線性的動(dòng)力時(shí)程分析，從阻尼器參數(shù)變化和安裝位置的選擇出發(fā)，對(duì)結(jié)構(gòu)在地震荷載作用下的響應(yīng)展開了具體研究，結(jié)果表明：當(dāng)阻尼器的速度指數(shù)a一定時(shí)，隨著阻尼系數(shù)C的增加，阻尼器的耗能能

7、力增加，阻尼器位移、梁端位移以及塔頂位移單調(diào)減小，但是在阻尼系數(shù)較高的區(qū)域，較低的速度指數(shù)對(duì)應(yīng)的位移值非常接近且變化平緩；而塔底彎矩的變化則是在阻尼系數(shù)達(dá)到一定數(shù)值以后趨于平緩，且速度指數(shù)在一定范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的彎矩值非常接近，甚至影響曲線存在交叉的現(xiàn)象，這說(shuō)明對(duì)于塔底彎矩來(lái)說(shuō)并非速度指數(shù)越小減震效果就越好；阻尼器對(duì)塔底剪力的影響很小，但從其變化規(guī)律來(lái)看塔底剪力的變化有一個(gè)低谷，在阻尼系數(shù)較小時(shí)塔底剪力隨阻尼系數(shù)的增大而減小，但是在低谷之后塔