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斜拉桥的极限跨径及其结构抗风性能的理论分析
| 论文题名： | 斜拉桥的极限跨径及其结构抗风性能的理论分析 |
| 关键词： | 斜拉桥;极限跨径;静力性能;动力性能;静风响应;颤振稳定;抗风性能 |
| 摘要： | 斜拉桥的极限跨径是桥梁工程界探讨已久的有趣话题，虽然目前有关极限跨径本身的研究已很多，但对于跨径增大后特别是接近技术极限跨径时结构力学性能的研究却少有见到。因此本文基于四座超大跨径斜拉桥试设计方案，阐释了其结构静、动力性能的合理性，重点研究了静风稳定性能和颤振稳定性能等主梁的气动稳定问题，并总结了上述性能随主跨跨径增长的变化规律。 1．在总结斜拉桥极限跨径研究成果的基础上，确定主梁轴向力是限制斜拉桥跨径增长的主要静力因素。以此作为关键参数，推导了现有材料水平下斜拉桥跨径的极限算式，并得到极限跨径为2500m。 2．以主梁轴向应力为主要关注点，对主跨1000m、1500m、2000m、2500m的斜拉桥方案进行试设计，其构件形式和总体参数参考现有大跨径斜拉桥设计参数的统计结果。 3．试设计方案的结构静力性能合理性以与苏通大桥的相关性能对比的形式确定。以苏通大桥的主梁断面为原型，通过增加板厚和提高材料等级，可以满足所有方案的强度和变形要求；而主跨2000m方案的静力稳定性需增大梁高方能保证，而2500m方案即使增加梁高也不能满足静力稳定性的要求。 4．在深入研究方案的静风响应和颤振稳定性能之前，开展了结构动力性能的参数影响分析。对于闭口单箱斜拉桥，结构基频随主跨跨径增大下降明显；增大梁高有助于提高结构基频，而增大梁宽反而使结构扭转基频下降；塔高和桥塔刚度对结构基频的影响并不明显；CFRP拉索材料对于提高结构基频的效果随跨径增大而愈加显著。 5．静风荷载作用下同样存在强度、变形和稳定性问题。其中，对于35．4m的桥宽，主跨超过2000m后，主梁应力将无法满足。侧向变形过大也是斜拉桥跨径增大后需解决的突出问题。二维线性和考虑荷载和几何非线性的三维静风稳定分析均表明，本文试设计方案的静风稳定安全有足够的保证。 6．应用二维简化计算公式对各方案的颤振临界风速进行了估算，随后以理想平板和两种典型闭口箱梁断面气动导数进行了二维耦合颤振计算。采用苏通大桥主梁断面气动导数的结果表明，即使对于主跨2500m方案仍能保证70m/s左右的临界风速；采用理想平板气动导数，则这一数值可增大至100m/s以上；而采用Great Belt桥主梁气动导数计算所得数值与理想平板的结果十分接近。这就说明闭口单箱斜拉桥通过自身主梁气动外形的改善还可进一步提高其颤振稳定性。 |
| 作者： | 操金鑫 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 葛耀君;杨詠昕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 同济大学土木工程学院 |
| 学位年度： | 2009 |
| 正文语种： | 中文 |
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