大跨度公铁两用斜拉悬索协作体系桥力学性能分析

摘要

随着经济和交通的发展，建造超大跨度桥梁的需求也随之而来。缆索承重体系结构是超大跨度桥梁的唯一形式，斜拉悬索协作体系桥结合了斜拉桥和悬索桥的特点，是一种结构新颖、造型美观的缆索体系桥。但是人们对其的研究却不是很多，实桥建设更是少之又少。本文针对公铁两用斜拉悬索协作体系桥的合理成桥状态，静力和地震响应等方面展开了初步研究，具体工作内容如下:
　　(1)介绍了斜拉悬索协作体系桥的发展，分别论述了悬索桥的计算理论、斜拉桥索力优化理论以及抗震分析理论，是本文进行协作桥力学性能分析的基础;
　　(2)利用有限元软件建立了全桥有限元模型，通过分别建立悬索部分和斜拉部分有限元模型，初步确定其合理成桥索力;再合并模型，通过微调斜拉索力得出协作桥的合理成桥状态，并在此基础上计算了恒载、活载和风载作用下协作体系桥的静力响应;
　　(3)比较了斜拉桥、悬索桥、协作桥三种桥型在活载作用下的静力响应，斜拉悬索协作体系桥能够提高结构的整体刚度，在内力表现上，协作桥和悬索桥相似，且均优于斜拉桥。
　　(4)以斜拉悬索协作体系桥为基础，研究结构参数变化对于结构静力性能的影响，包括整体设计参数（垂跨比、边中跨比、辅助墩布置型式）和主梁截面设计参数（主梁高跨比、宽跨比）。增加垂跨比和主梁高跨比能够有效提高结构的竖向刚度，增加主梁宽跨比能够有效提高结构的横向刚度，增设辅助墩能够有效提高结构整体刚度，改善结构内力状态。由参数静力敏感性分析得出各个参数的对大跨度公铁两用斜拉悬索协作体系桥静力性能的影响程度排名依次是:垂跨比、主梁宽跨比、边中跨比、主梁高跨比，且增设辅助墩对结构静力性能有较大影响。
　　(5)研究大跨公铁两用斜拉悬索协作体系桥的自振特性，运用反应谱法和时程分析法分析了结构在地震作用下的动力响应。基于反应谱法，分析了在不同结构参数变化下，结构的位移和内力响应，结构的位移响应具有较明显的规律性，内力响应规律性较弱。由参数变化地震响应敏感性分析得出各个参数对大跨度公铁两用斜拉悬索协作体系桥地震响应特性的影响程度排名依次是:垂跨比、主梁宽跨比、边中跨比、主梁高跨比，且增设辅助墩对结构地震响应有较大影响。
　　综上所述，通过对大跨度公铁两用斜拉悬索协作体系桥结构参数静力性能和地震响应的影响分析，为此类桥梁的设计分析提供参考。

目录

声明

致谢

摘要

1绪论

1．1 斜拉悬索协作体系桥的发展历史

1．1．1 国外斜拉悬索协作体系桥发展

1．1．2国内斜拉悬索协作体系桥发展

1．1．3协作体系桥国内外发展总结

1．2研究背景及现状和内容

1．2．1研究背景

1．2．2研究现状

1．2．3研究内容

2．1概述

2．2悬索桥计算理论

2．2．1弹性理论

2．2．2挠度理论

2．2．3有限位移理论

2．3斜拉桥索力优化理论

2．4抗震分析理论

2．4．1静力理论

2．4．2反应谱理论

2．4．3动力理论

2．4．4基于性能的抗震设计理论

2．5本章小结

3斜拉悬索协作体系桥结构形式研究

3．1 斜拉悬索协作体系桥有限元模拟

3．1．1主要材料和计算参数

3．1．2有限元建模

3．1．3合理成桥状态分析

3．2静力计算结果分析

3．2．1竖横向刚度

3．2．2主桁弦杆应力

3．2．3主缆、吊索和斜拉索内力及应力计算结果分析

3．3斜拉悬索协作体系桥与斜拉桥、悬索桥的对比研究

3．3．1斜拉桥有限元建模

3．3．2悬索桥有限元建模

3．3．3斜拉悬索协作体系桥与斜拉桥和悬索桥的对比研究

3．4本章小结

4．1概述

4．2参数变化分析

4．3整体结构参数对斜拉悬索协作体系桥静力性能影响分析

4．3．1垂跨比

4．3．2边中跨比

4．3．3辅助墩布置形式

4．4主梁形式对斜拉悬索协作体系桥静力性能影响分析

4．4．1主梁高跨比

4．4．2主梁宽跨比

4．5参数变化静力敏感性分析

4．6本章小结

5．1概述

5．2地震响应分析

5．2．1 自振特性

5．2．2反应谱分析

5．2．3时程响应分析

5．2．4反应谱分析与时程响应分析比较

5．3结构参数地震响应分析

5．3．1垂跨比

5．3．2边中跨比

5．3．3辅助墩布置形式

5．3．4主梁高跨比

5．3．5主梁宽跨比

5．4参数变化地震响应敏感性分析

5．5本章小结

6．1结论

6．2展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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