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原文传递多塔悬索桥若干问题研究

论文题名：	多塔悬索桥若干问题研究
关键词：	多塔悬索桥;中塔效应;主缆疲劳;合龙误差
摘要：	为了满足跨越宽大河流以及海湾的需求，悬索桥向更大跨径发展，多塔悬索桥应运而生。多塔悬索桥相对于传统两塔悬索桥可以显著减少锚碇、主缆、桥塔的工程量，减小工程造价，成为了桥梁设计师们所青睐的桥型之一。多塔悬索桥因多了数个中塔而表现出与传统两塔悬索桥不同的力学行为，而目前多塔悬索桥的设计建造经验尚不完备，因此有必要对多塔悬索桥进行进一步的研究。本文以汉江上一座三塔悬索桥为工程背景，对多塔悬索桥的若干关键问题进行研究。主要进行了以下几方面的工作：　　1、建立了三塔悬索桥全桥Midas/Civil有限元模型，并通过与关键设计文件的对比验证了有限元模型的正确性。推导了多塔悬索桥最不利荷载工况下主塔塔偏、加劲梁跨中挠度以及中塔两侧主缆拉力的简化解析计算公式，并与有限元模型计算结果进行了对比。研究表明，三塔悬索桥简化理论计算模型具有较高的精度，可运用于三塔悬索桥的初步设计中；　　2、对主缆索股架设阶段中塔索鞍处索股滑移问题、加劲梁吊装阶段以及中塔索鞍顶推施工阶段的中塔安全及中塔索鞍内主缆抗滑安全问题进行了研究。结果表明，三塔悬索桥在进行一般索股线形调整时两中跨应尽量保证同步调整，防止因两中跨主缆线形高差太大导致中塔处两侧索股索力差值太大从而引起滑移；在进行加劲梁吊装时，前面几片梁段应分级吊装，防止中塔两侧主缆不平衡力过大引起主缆滑移；在最后施工阶段可通过中塔索鞍顶推对中跨线形进行微调，不宜对中塔索鞍一次顶推到位，应分次顶推给线形调整留有一定顶推量；　　3、针对不同结构体系的三塔悬索桥，探究其同时满足主梁挠跨比和中塔索鞍内主缆抗滑安全的合适中塔刚度。结果表明，当主缆与鞍座间摩擦系数取0.15时，漂浮体系三塔悬索桥无法找到同时满足主缆抗滑安全系数和加劲梁挠跨比的适宜中塔刚度区间，在设计时应谨慎选择漂浮体系。提高摩擦系数可显著增大三塔悬索桥适宜中塔刚度的取值范围，对于三塔悬索桥的设计推广具有重大意义。当主缆与鞍座间摩擦系数大于0.20时，不同结构体系的三塔悬索桥均存在同时满足中塔索鞍内主缆抗滑安全和主梁挠跨比要求的适宜中塔刚度区间。当主缆与鞍座间摩擦系数取0.30时，近似刚性中塔的设计也能满足主缆抗滑安全需求，中塔索鞍内主缆抗滑安全不再制约三塔悬索桥的设计，此时可适当提高中塔刚度以获得更好的行车舒适性；　　4、以考虑压应力影响的莫尔强度理论相当应力代替原有一维拉应力对索鞍内主缆疲劳寿命进行计算，对比分析只考虑一维拉应力和同时考虑拉应力和压应力作用的二维应力时索鞍内主缆的疲劳寿命。结果表明，三塔悬索桥索鞍内主缆的疲劳最不利位置出现在中塔索鞍处最下层索股靠近索鞍出口处，考虑二维应力时三塔悬索桥索鞍内主缆的平均应力提高了约13%~17%，应力幅提高了约16%~19%。考虑二维应力时索鞍内主缆的疲劳寿命低于只考虑一维应力时主缆的疲劳寿命，仅约为考虑一维应力时主缆疲劳寿命的22%~27%；　　5、以实际工程问题为背景，对三塔悬索桥边塔处加劲梁合龙过程中出现的端部首节段加劲梁横梁纵桥向变形问题进行分析，并提出改进方案。结果表明，当从中塔往边塔进行加劲梁拼装时，由于累积拼装误差的影响，当在边塔处进行强制合龙时，端部首节段加劲梁的纵梁内会产生较大的合龙轴向内力，进而对横梁产生附加面外弯矩作用，会导致横梁产生较大变形。可通过提前结合一道混凝土桥面板、增加小纵梁数量以及增大小纵梁梁高的方式减小合龙内力对横梁的影响。
作者：	向鹏
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	胡志坚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2021