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原文传递独塔地锚PC斜拉桥结构参数及体系研究

论文题名：	独塔地锚PC斜拉桥结构参数及体系研究
关键词：	地锚斜拉桥;结构参数;平衡机理;力学性能;经济性能;预应力混凝土
摘要：	本文针对独塔地锚预应力混凝土（PC）斜拉桥，以得到其适宜选取的体系及结构参数范围为目的展开了研究。介绍了研究对象的结构形式，论述了地形条件、施工工艺及主梁力学平衡机理，确定了适宜选取的体系。在此基础上建立了以安全要求为基础综合考虑经济性能及美观要求的结构性能评价体系，并据此展开了对独塔地锚PC斜拉桥关键结构参数合理范围的研究。所做的主要工作及主要成果包括：　　（1）通过对工程实例的调研，总结独塔地锚PC斜拉桥适应的地形条件为高低起伏的山区峡谷地形，适应的施工工艺为主跨悬臂浇筑施工，边跨悬臂浇筑或支架施工。　　（2）对不同斜拉桥体系进行恒活载内力计算，研究其力学平衡机理。结果表明：与常规斜拉桥相比，独塔地锚PC斜拉桥不对称性较高，结构受力特点为塔柱两侧拉索水平力差值较大，作用于主梁后需借助塔柱、承台或锚碇传递至基础，且塔柱所受弯矩较大；独塔半地锚PC斜拉桥的轴力平衡机理与跨中设伸缩铰的双塔半地锚斜拉桥相同，均需要锚碇所受的基底摩擦力及土侧压力平衡不对称结构极大的拉索水平力差值；但是，同为半地锚斜拉桥，双塔三跨锚碇与主梁分离的体系与独塔体系轴向受力截然不同，前者主跨塔梁结合处压力转化为跨中拉力，其所具备的减小塔梁交接处轴力以增大主跨跨度的优点并不适用于后者；独塔半地锚PC斜拉桥宜采用支撑体系，边跨主梁与锚碇宜固结；独塔全地锚PC斜拉桥宜采用固结体系且无下塔柱或采用截面面积较大的下塔柱。　　（3）论证了结构设计的造型适应性，提出了中小跨径独塔斜拉桥设计计算时需要考虑拉索承担的恒活载比例的观点，推导了体现结构整体刚度的活载作用下塔顶偏位及主跨最大挠度计算公式，构建了体现结构经济性的总造价及单位桥长造价估算方法，形成了以安全要求为基础综合考虑经济性能及造型需求的结构性能评价体系，为后续研究解决了研究方法问题。　　（4）以结构性能评价体系对独塔半地锚PC斜拉桥进行了研究，选定了边主跨比、锚碇边跨长度比、主跨边索倾角为关键结构参数，提出：①边主跨比的合理取值范围在0.25~0.50左右，跨度越大、锚固单价（锚碇锚杆承担荷载比）越高取值越大；当受地形条件限制仅考虑主跨跨越能力而边主跨比较小时，应适当降低主跨边索倾角增大地锚背索索距；当地形开阔考虑全桥跨越能力时，边主跨比宜取大值，且宜选择较大主跨边索倾角及较小锚碇边跨长度比；②当地形条件适宜采用独塔半地锚PC斜拉桥时，锚碇边跨长度比越大经济性能越高；③合理主跨边索倾角的取值在22.0°左右。研究表明了独塔半地锚PC斜拉桥在受地形条件限制仅考虑主跨跨越能力而边主跨比较小时经济性能优于常规斜拉桥。　　（5）以结构性能评价体系对独塔全地锚PC斜拉桥进行了研究，选定了塔柱倾角、地锚背索倾角、主跨边索倾角为关键结构参数，提出：①塔柱倾角的合理取值范围在65°~85°左右，且需满足最小塔柱倾角的要求；跨度越大、主跨边索倾角越大经济塔柱倾角取值越大，地锚背索倾角越大、锚固单价（锚碇锚杆承担荷载比）越大经济塔柱倾角取值越小；当地锚背索倾角取值合理时，经济塔柱倾角均大于根据受力及造型要求得到的最小塔柱倾角；②合理地锚背索倾角的取值在60°左右，在50°~70°之间；③合理主跨边索倾角的取值在22.5°左右，20.5°~25.0°之间，跨度越大、锚固单价越高取值越大。　　（6）分别对独塔半地锚及全地锚PC斜拉桥进行了试设计，并以此验证了活载作用下塔顶水平偏位、主跨最大挠度及材料用量的计算公式。
作者：	赵晓晋
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	贺拴海
授予学位：	博士
授予学位单位：	长安大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文