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基于高性能材料的大跨径斜拉桥抗风性能研究
| 论文题名： | 基于高性能材料的大跨径斜拉桥抗风性能研究 |
| 关键词： | 斜拉桥;活性粉末混凝土;碳纤维;静力性能;抗风性能 |
| 摘要： | 传统大跨径斜拉桥主梁多采用普通混凝土主梁、钢结构主梁或混合梁，斜拉索多采用钢绞线或平行钢丝，然而，普通混凝土的比强度低，其适用跨径有限，钢结构耐腐蚀性差，不利于结构的耐久性，钢斜拉索有效弹性模量低，其抗疲劳性能和耐腐蚀性差，诸多限制都严重制约着大跨径斜拉桥的发展。强度高、耐久性能好的活性粉末混凝土（RPC）及碳纤维复合材料（CFRP）的出现，为大跨径斜拉桥的发展提供了一个新的方向。本文基于 RPC与CFRP材料的优越性能，提出了主梁和索塔采用 RPC材料、斜拉索采用CFRP索的新型结构体系，并从静力性能、动力特性、抗风性能等方面探讨了高性能材料 RPC与CFRP应用于大跨径斜拉桥中的可行性，本文主要研究内容如下： （1）以一座主跨1100m的钢斜拉索钢主梁普通混凝土索塔斜拉桥设计方案为基础，采用等强度原则将钢斜拉索替换成 CFRP索；考虑主梁截面气动外形、刚度、抗剪、抗冲切、局部稳定等要求将原方案的钢主梁替换成 RPC主梁；考虑索塔受力及刚度要求将原方案的普通混凝土索塔替换成RPC索塔，构造了一座新的同等布置形式的CFRP索RPC主梁RPC索塔斜拉桥结构方案。 （2）采用有限元法对两种方案结构在恒载、汽车荷载、温度荷载及不同荷载组合下的结构应力和变形进行了分析对比。结果表明本文所构造的新方案满足通常的设计要求且具有良好的静力性能。 （3）通过有限元软件计算分析了两种方案斜拉桥的动力特性，按规范对其颤振稳定性进行了分析比较，采用时域法分析了结构的抖振响应，综合比较了二者的抗风性能。结果表明，两种方案结构各阶振型的自振频率相近，新方案RPC主梁的抗风性能得到明显提高。 （4）考虑结构整体受力，对两种方案结构的斜拉索进行了模态分析，并对钢斜拉索和 CFRP拉索在不同振动类型下的振动基本特征、振动幅度进行了分析比较。结果表明，CFRP索自振频率远高于对应钢斜拉索，其抗风性能整体优于钢斜拉索。 |
| 作者： | 吴涛 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 张志田;方志 |
| 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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