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超大跨悬索桥重力式锚碇结构及可更换主缆锚固体系研究
| 论文题名： | 超大跨悬索桥重力式锚碇结构及可更换主缆锚固体系研究 |
| 关键词： | 超大跨悬索桥;重力式锚碇;主缆锚固系统;拓扑优化;可更换锚固系统;数值模拟 |
| 摘要： | 重力式锚碇的结构功能是利用自身重量平衡悬索桥主缆传递而来的巨大拉力，但是索股分散锚固后带来的抗裂、抗剪及力流传递等问题，关系到锚体结构的安全性和耐久性。因此，开展锚碇结构的受力机理、构造设计及主缆锚固系统的可更换性研究具有十分重要的意义。 本文依托张靖皋长江大桥重力式锚碇课题，采用理论分析和有限元数值模拟等手段，对锚碇及其锚固系统进行了深化研究。主要工作和研究成果如下： （1）针对重力式锚碇结构的基本构造和受力特点，利用拓扑优化方法，在二维平面和三维空间内，以最小应变能准则求解了锚体结构的拓扑构形，结合结构的主应力迹线，研究锚体在不同受力阶段的传力路径，构建了相应的拉压杆模型，为锚体结构配筋设计提供参考。 （2）提出了重力式锚碇的结构简化设计方法，基于力的平衡准则，推导了散索鞍支墩倾角的确定方法；在弹性及弹塑性有限元模型中，分析了重力式锚碇锚体的几何设计参数（包括前后锚面间距、锚固区深度、预应力筋扩散角和主缆中心线倾角）对结构应力、变形及极限破坏模式的影响，得出了相应的变化规律。 （3）通过建立张靖皋长江大桥南锚碇三维实体有限元整体模型，分析了锚碇在预应力张拉阶段和主缆拉力作用阶段的应力分布情况，研究表明：锚碇在荷载作用下整体应力水平较低，但存在局部应力集中，特别是锚固区周边、锚碇后锚室四周边缘和散索鞍支墩墩顶位置拉应力较大；依照相关规范选取了张靖皋长江大桥南锚碇4个最不利截面进行平均剪应力计算，对基础顶板及地连墙的两个关键界面进行抗剪承载力验算，利用拉压杆模型对散索鞍支墩进行配筋设计，并提出了悬索桥锚碇相关的设计建议。 （4）分析了主缆锚固系统可能存在的耐久性问题，论述了锚固系统可更换的必要性；在总结现有几种可更换预应力锚固系统构造特点的基础上，针对其更换效率较低、无法进行连接器和拉杆组件更换等问题，探讨提出了三种新型的可更换主缆锚固系统和方案。 |
| 作者： | 林夏 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘钊;张宇峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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