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原文传递千米级多塔连跨悬索桥中间塔适宜刚度及连跨效应研究

论文题名：	千米级多塔连跨悬索桥中间塔适宜刚度及连跨效应研究
关键词：	悬索桥;刚度分析;中间塔效应;连跨效应;受力特性
摘要：	千米级多塔连跨悬索桥可有效减小锚碇尺寸、大幅降低岸线和土地资源占用、降低航道资源占用、减少深水基础工程量和船只撞击概率，具有显著的经济、环保效益，是跨越宽阔水域的最佳桥型之一，发展前景广阔。由于在传统两塔悬索桥的基础上增设了中间塔，千米级多塔连跨悬索桥的结构行为特性将发生很大的变化，“中间塔效应”和“连跨效应”是千米级多塔连跨悬索桥工程应用中需要重点研究的两个核心问题。目前，“中间塔效应”和“连跨效应”的力学特征、影响规律尚不明确，计算分析方法需进一步深化。　　本文以泰州长江公路大桥的工程建设为背景，依托“十一五”国家科技支撑计划重点项目“多塔连跨悬索结构及工程示范”(2009BAG15B00)，重点针对多塔连跨悬索桥的中间塔适宜刚度、偏位计算方法、连跨效应等开展研究。主要工作如下: 　　(1)通过数值分析的方法，研究了不同塔梁连接、中间塔刚度变化对三塔、四塔、五塔悬索桥在活载作用下的中间塔效应，分析了中间塔刚度变化对跨中挠度和主缆抗滑移系数的影响规律。在此基础上，进一步提出了中间塔适宜刚度的取值方法，并讨论了《公路悬索桥设计规范》（JTG/TD65-05-2015）中关于结构容许变形限值、抗滑移安全系数参数取值对多塔连跨悬索桥的适用性。　　(2)基于挠度理论，建立了多塔悬索桥桥塔简化受力模型，提出了塔顶纵向水平换算刚度解析计算方法，推导了桥塔偏位的简化计算公式。采用该简化计算公式，分析了主缆矢跨比、边中跨比、桥塔刚度、主缆刚度和恒载等参数对多塔悬索桥中间塔塔顶最大纵向偏位的影响规律。　　(3)基于结构影响线分析方法，通过有限元分析，研究了不同桥塔刚度、缆-梁连接及塔-梁连接型式等结构参数对三塔悬索桥结构性能的影响。进而将桥塔数量扩展到四塔至六塔，进一步探讨了大跨度多塔悬索桥的连跨效应特征。　　(4)开展1∶80三塔连跨悬索桥的静动力特性模型试验，分析了三塔连跨悬索桥施工阶段和成桥阶段的结构特征和受力特性。在此基础上，建立了五塔悬索桥试验模型，分析了五塔连跨悬索桥成桥阶段受力特征和多塔连跨效应，为数值分析结果和解析计算的结果的验证提供数据支持。　　通过上述研究工作，揭示了中塔刚度、塔梁连接、主缆垂跨比、边中跨比、恒载变化等对中塔效应的影响规律，提出了综合考虑加劲梁竖向挠度控制和主缆抗滑移的中间塔适宜刚度区间取值方法，推导了塔顶纵向水平偏位的简化计算公式，掌握了多塔连跨悬索桥“连跨效应”特征。研究成果为突破千米级多塔连跨悬索桥计算分析和设计建造的关键制约、支撑该类工程的建设起到了重要作用。
作者：	李万恒
专业：	结构工程
导师：	王元丰
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文