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斜拉桥竖弯刚度评估的新方法及其面内自由振动研究
| 论文题名： | 斜拉桥竖弯刚度评估的新方法及其面内自由振动研究 |
| 关键词： | 独塔斜拉桥;面内自由振动;竖弯刚度;传递矩阵法 |
| 摘要： | 斜拉桥的竖弯刚度评估一直是桥梁动力学研究的热点问题。本文基于斜拉桥中拉索对桥面梁起弹性支承作用的受力特点，针对漂浮式斜拉桥和无背索斜塔斜拉桥竖弯刚度评估问题建立了一个新的评估方法：建立斜拉桥新的多梁离散弹簧整体动力学模型，以及相应动力学理论，利用传递矩阵法对系统特征值和特征向量进行求解，从而对斜拉桥的竖弯刚度进行评估。同时对斜拉桥面内自由振动特性进行参数化分析和研究，并在普通钢索被替换为CFRP斜拉索后，对桥梁整体竖弯刚度受到的影响进行了分析。具体工作如下： (1)漂浮式独塔斜拉桥：利用Hamilton变分原理分别确定塔和梁的基本动力学方程，同时假定斜拉索为无质量弹簧将塔和梁耦合起来，考虑位移边界条件得到独塔斜拉桥三梁离散弹簧动力学模型。然后基于传递矩阵法采用MATLAB编程得到斜拉桥整桥的各阶频率，并将频率回代到传递矩阵中求出振型。为了验证本文理论的正确性，采用有限元软件ANSYS建立了斜拉桥二维有限元模型，并将得到的结果与本文理论得到的结果相对比。最后，在普通钢索被替换为CFRP斜拉索后，采用本文理论对桥梁整体竖弯刚度的变化进行了研究。 (2)漂浮式双塔斜拉桥：通过考虑双塔斜拉桥的主梁在中间处的位移耦合关系，从而得到六梁离散弹簧动力学模型。并利用已建立的漂浮式独塔斜拉桥理论和方法，对漂浮式双塔斜拉桥的面内自由振动进行研究。 (3)漂浮式多塔斜拉桥：更具一般性地，将本文建立的漂浮式独塔斜拉桥的理论推广到漂浮式多塔斜拉桥中，得到与漂浮式多塔斜拉桥相对应的多梁离散弹簧动力学模型并给出更具一般性的结果。 (4)无背索斜塔斜拉桥：将以上理论应用到无背索斜塔斜拉桥中，得到无背索斜塔斜拉桥双梁离散弹簧动力学模型并对其面内自由振动进行研究。 本文首次建立了适用于漂浮式斜拉桥和无背索斜塔斜拉桥动力学分析的整体动力学模型，该模型和相应理论不仅适用于漂浮式独塔斜拉桥和无背索斜塔斜拉桥，而且适用于漂浮式双塔斜拉桥和多塔斜拉桥，从而基于该模型系统建立了漂浮式斜拉桥和无背索斜塔斜拉桥竖弯刚度评估的基本理论和方法。最后，在CFRP索替换普通钢索后，对桥梁竖弯刚度所受到的影响的分析可以为工程实际中工程师进行换索提供理论指导和参考。 |
| 作者： | 苏潇阳 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 康厚军;康为江 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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