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大跨径空间缆索体系悬索桥结构性能的对比研究
| 论文题名： | 大跨径空间缆索体系悬索桥结构性能的对比研究 |
| 关键词： | 悬索桥;大跨径空间缆索体系;力学性能;抗风稳定性 |
| 摘要： | 近年来，随着悬索桥跨径的不断增大，传统的平行缆索体系悬索桥结构的抗风稳定性问题十分突出。为了使得4000m以上超大跨径的海峡悬索桥满足抗风稳定性，本文提出一种新型的单叶双曲面空间缆索体系悬索桥，通过试验分析和有限元分析相结合的方法，对单叶双曲面空间缆索体系悬索桥、内敛式空间缆索体系悬索桥以及平行缆索体系悬索桥结构的静动力性能进行对比分析，探讨这一新型空间缆索体系悬索桥在力学性能上的优势。主要工作和研究成果如下: 本文制作了主跨15m的单叶双曲面空间缆索体系悬索桥、内敛式空间缆索体系悬索桥以及平行缆索体系悬索桥的试验模型。在竖向堆载试验中，研究了单叶双曲面空间缆索悬索桥的重力刚度问题，试验表明，空间缆索悬索桥缆索内力分配基本均匀，缆索内力增量与荷载关系基本呈线性关系，协同工作能力强。在竖向偏载试验中，单叶双曲面空间缆索体系悬索桥表现出更好的抗偏转性，说明其抗扭刚度有较大的提高。水平荷载静力表明，由于缆索的水平分力和空间缆索整体刚度较大，因而单叶双曲面空间缆索体系悬索桥缆索具有较大的水平刚度。通过移动车辆荷载试验，研究了移动荷载作用下桥面加劲梁的位移时程曲线，发现空间悬索桥桥面蛇形起伏较小，表明空间悬索桥具有较好的行车舒适性。在模型自振特性试验中我们发现，相较于平行缆索体系悬索桥，单叶双曲面空间缆索体系悬索桥具有较大的竖弯频率和侧弯频率，这说明其横向刚度和竖向刚度要大。 本文基于ANSYS有限元模型对试验模型进行了仿真分析，有限元模拟计算结果与试验实测值吻合度较好，并开展了三种悬索桥桥型的对比分析研究，验证了单叶双曲面空间悬索桥具有良好的空间刚度。有限元对比分析表明，单叶双曲面空间缆索悬索桥竖向刚度略有提高，横向刚度提高较大，而其抗扭转刚度得到了很大提高，表明新型空间悬索桥将具有良好的抗风稳定性能。 建立主跨4000m级的三种悬索桥有限元模型，从成桥状态下的静力性能、基本动力特性及抗风稳定性等方面，进行单叶双曲面空间缆索体系悬索桥、内敛式空间缆索体系悬索桥以及平行缆索体系悬索桥的力学性能对比分析研究。研究表明，该新型的空间索网体系悬索桥的空间刚度、动力特性以及抗风稳定性明显优于另两种桥型的悬索桥，4000m级的单叶双曲面空间缆索悬索桥颤振临界风速可以达到167.61m/s，可满足海峡悬索桥的设计风速要求。并建立4000m级CFRP空间缆索体系悬索桥有限元对比模型，分析表明，其在动力特性和抗风稳定性上要优于钢缆空间缆索体系悬索桥。 |
| 作者： | 陈浩 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 徐文平;李今保 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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