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基于高性能材料的特大跨径混凝土斜拉桥的受力性能分析
| 论文题名： | 基于高性能材料的特大跨径混凝土斜拉桥的受力性能分析 |
| 关键词： | 特大跨径混凝土斜拉桥;高性能材料;受力性能;动力特性;桥梁设计 |
| 摘要： | 混凝土斜拉桥以其耐久性好、造价和维护费用相对较低等优势已成为大跨桥梁结构中极具有竞争力的桥型。但因普通混凝土的比强度较低,使得现有混凝土斜拉桥的适用跨径一般在500m以下。更大跨径的斜拉桥多采用钢--混凝土叠合梁或钢梁。但与混凝土斜拉桥相比,钢斜拉桥的造价要高得多且钢材易锈蚀将导致钢斜拉桥的耐久性降低和后期维护费用增加。因此,本文提出采用轻质、高强、耐久性好的超高性能混凝土RPC(Reactive Powder Concrete)作为主梁和索塔、高级复合材料CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/plastics)作为拉索而形成一种高效、耐久的混凝土斜拉桥结构体系,使其适用跨径达到1000m左右,从而大大扩展混凝土斜拉桥的应用范围。 本文以1008m主跨的钢索钢主梁普通混凝土索塔斜拉桥设计方案为例,拟定了不同材料组合下的五个等跨度斜拉桥设计方案: (1)方案1(S-S-N)——钢拉索、钢主梁、普通混凝土索塔； (2)方案2(C-S—N)——CFRP拉索、钢主梁、普通混凝土索塔； (3)方案3(S—R-N)——钢拉索、RPC主梁、普通混凝土索塔； (4)方案4(C-R-N)——CFRP拉索、RPC主梁、普通混凝土索塔； (5)方案5(C-R-R)——CFRP拉索、RPC主梁、RPC索塔； 运用有限元分析软件MIDAS建立了五种斜拉桥设计方案的三维空间结构计算模型,对其静力特性、动力特性以及稳定性能等进行了分析与比较,探讨了这种新型斜拉桥结构体系在实际工程中应用的可行性。本文主要完成了以下工作: (1)介绍了本课题的研究目的和意义,综述了国内外的相关研究进展,并阐述了本文研究方法及主要内容。 (2)试设计了一座主跨为1008m的斜拉桥,通过计算分析说明采用等强度原则用CFRP斜拉索替换钢拉索是合理可行的；设计了RPC主梁截面,并且从刚度、全截面抗剪及局部稳定等方面论证了此RPC主梁设计的合理性。 (3)对五种斜拉桥设计方案在汽车荷载、温度荷载、恒荷载、静风荷载及各种荷载组合下的主梁挠度、索塔偏位、结构内力及应力等各项静力性能进行了详细的比较研究,结果表明本文所提出的新型斜拉桥结构体系具有良好的静力性能。 (4)完成了五种斜拉桥结构方案的动力特性及空间弹性稳定的分析计算,并且详细分析了CFRP索、RPC主梁以及RPC索塔替换后,各体系的自振模态和失稳模态的变化规律,结果表明本文所提出的新型斜拉桥结构体系具有良好的动力性能和稳定性能。 |
| 作者： | 凡凤红 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 方志 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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