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原文传递大跨径自锚式悬索桥吊索张拉方案研究

论文题名：	大跨径自锚式悬索桥吊索张拉方案研究
关键词：	大跨径自锚式悬索桥;吊索张拉;体系转换;力学性能
摘要：	自锚式悬索桥以其结构造型美观、场地适应性强以及较好的经济性能，越来越受到工程界的青睐，成为城市市区桥梁极具竞争力的桥型。但受到地形和通航条件限制，有时无法实现以往的支架法架设主梁，先斜拉后悬索的施工方法成为有效的施工方案。由于该方法目前国内外尚无成功的案例可供借鉴，从临时斜拉桥到自锚式悬索桥体系转换过程中存在各受力构件强度是否满足要求、主索鞍的顶推量与顶推时机、斜拉索拆卸顺序与拆卸时机等一系列关键技术问题亟待解决，因此自锚式悬索桥体系转换过程中力学特性是值得研究的。　　以实桥工程为依托，基于弹性悬链线理论和几何非线性理论，利用大型商用计算软件Midas/Civil建立全桥有限元模型，分别对合理成桥受力状态和施工阶段的力学特性进行分析，选取最优张拉方案。本文主要研究内容如下：　　（1）大跨径自锚式悬索桥成桥状态研究，包括合理主缆线形与合理吊索索力研究。首先基于内力平衡法原理，以使结构各控制截面在恒载和活载共同作用下，上翼缘的最大应力和材料容允许应力之比等于下翼缘的最大应力和材料容许应力之比，从而得到合理的吊索索力。然后采用节线法和非线性迭代法求解合理成桥下主缆线形和无应力长度；最后利用主缆无应力长度不变原理对成桥状态进行倒拆分析，得到合理的空缆线形。　　（2）大跨径自锚式悬索桥建模技术研究。分析自锚式悬索桥结构特点，设计参数及约束条件，基于Midas/Civil平台建立有限元分析模型。其中加劲主梁、横梁、主塔、墩、均采用梁单元模型，主缆和吊索采用只能传递轴向拉力的索单元模型；综合考虑各结构连接方式与基础边界设置，采用具有很大拉压弹性刚度的梁单元来实现索鞍顶推过程的精确模拟；通过单元生死和不同工况模拟体系转换施工过程。通过实例验证了上述建模方法的自正确性。　　（3）体系转换计算基础模型研究。斜拉桥可由合理成桥状态分析得到，空缆线形是借助悬索桥成桥模型经倒拆分析得到，但两者为独立模型，必须经耦合后才能成为后期张拉计算的基础模型。采用无应力长度不变原理，以斜拉桥为基础，将倒拆得到的悬索桥空缆控制点与斜拉桥的控制点重合，赋予主缆各节段的无应力长度，得到斜拉空缆耦合模型。　　（4）大跨径自锚式悬索桥吊索张拉过程模拟方法研究。通过改变吊索无应力长度、单元生死和不同工况来模拟吊索张拉过程。结果表明：应用该方法可准确地对吊索张拉过程进行仿真模拟，且计算结果精度高，方法简便，实施效果良好。　　（5）大跨径自锚式悬索桥吊索张拉方案研究。在合理成桥状态的基础上，采用不同的主梁初始线形，初拟了3个可行吊索张拉方案，通过施工过程模拟分析吊索、主缆、主塔以及主梁的受力和变形情况以及对方案的可行性、安全性和经济性的比较，确定了最优吊索张拉方案。
作者：	祁超
专业：	建筑与土木工程
导师：	李元松
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文