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大跨径单叶双曲面空间缆索悬索桥的静动载试验研究
| 论文题名： | 大跨径单叶双曲面空间缆索悬索桥的静动载试验研究 |
| 关键词： | 悬索桥;静力特性;动力特性;单叶双曲面;空间缆索;建模仿真 |
| 摘要： | 悬索桥跨径的不断增加是一种发展趋势，传统平行缆索悬索桥的空间抗扭刚度较差，随着跨度的增大，悬索桥的抗风稳定性问题变得十分突出。利用单叶双曲面直纹性的特点，借鉴西藏墨脱藤网桥，提出了单叶双曲面空间缆索体系悬索桥方案。本文采用试验和有限元分析相结合的方法，开展单叶双曲面空间缆索体系悬索桥的静动力特性研究，探讨这种新型空间缆索体系悬索桥相比于传统的悬索桥在力学性能上的优势。 制作了椭圆环梁的单叶双曲面空间缆索体系悬索桥试验模型，开展新型空间缆索体系悬索桥的静动载试验研究。进行了竖向荷载静力试验，水平荷载静力试验，移动车辆荷载试验以及模型自振特性测试试验。通过试验，获得了索力分布特征，证实了空间缆索具有优良的协同工作性能。新型悬索桥的竖向刚度略有增加，横向刚度和抗扭刚度具有很大的提高，抗风稳定性能良好。随着竖向堆载的增加，新型悬索桥缆索的内力不断增加，结构的重力刚度不断增加，空间缆索内力的水平分力不断增加，较大地提高了新型悬索桥的水平向刚度。通过移动车辆荷载试验，研究了移动车辆荷载作用下新型悬索桥的动位移和动应变响应，证实了新型悬索桥具有阻尼大，行车平稳等特性。通过模态试验，获取了新型悬索桥结构的模态特征，证实了新型悬索桥的整体刚度具有很大的提高。 采用ansys有限元软件建立三维有限元模型，对模型试验进行仿真分析，对比分析了有限元计算结果和试验实测结果，两者吻合较好。为了进一步研究新型悬索桥结构的受力机理，建立了相同参数的平行缆索悬索桥有限元模型，对比分析了竖向、水平和移动荷载的受力特性以及结构的自振特性，可以发现新型悬索桥抵抗水平荷载的工作性能大大的高于平行缆索悬索桥。同时，也建立了圆形环梁的单叶双曲面悬索桥的有限元模型，开展了结构性能对比分析，研究表明，椭圆环梁和圆形环梁的空间悬索桥结构性能差异不大。 进行了主跨4000米级单叶双曲面和平行缆索悬索桥的方案设计，建立两者空间有限元分析模型，对比分析了两者在成桥状态自重作用、汽车活荷载作用和横向风荷载作用下的静力性能，开展了新型悬索桥的自振特性、静风稳定性能和动风稳定性能等研究。通过研究可以发现，单叶双曲面空间缆索悬索桥具有良好的抗风稳定性能，是未来建造3000～5000米超大跨径海峡悬索桥的一种可行方案。 |
| 作者： | 苏刘 |
| 专业： | 土木工程；结构工程 |
| 导师： | 徐文平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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