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原文传递自锚式悬索桥空间主缆系统计算与静风稳定性分析

论文题名：	自锚式悬索桥空间主缆系统计算与静风稳定性分析
关键词：	自锚式悬索桥;受力特点;空间主缆系统;线形计算;解析计算;静风稳定性
摘要：	自锚式悬索桥作为一种特殊的桥型，以其结构造型美观，经济性能较好，对地形和地质状况适应性强等优点，越来越受到工程界的青睐，成为城市里100-400m跨径范围内极具竞争力的桥梁方案。到20世纪末以日本此花大桥、韩国永宗大桥为代表的现代自锚式悬索桥开始兴起，与此同时自锚式悬索桥在国内也逐步发展起来。目前，无论是在静力、动力特性的理论研究方面，还是在设计和施工监控方面，人们对自锚式悬索桥的认识还不够全面，研究不够深入。本文依托南京右汊悬索桥工程，对自锚式悬索桥的空间线形找形、空缆线形及预偏量和静风稳定性方面进行研究。主要工作如下： (1)介绍了自锚式悬索桥的发展历史和国内外的应用现状，总结了自锚式悬索桥的基本构造和受力特点，指出了自锚式悬索桥存在问题和它的发展趋势； (2)悬索桥主缆线形计算理论包括解析计算理论和有限元计算理论。首先逐一介绍了各种悬索桥线形解析计算理论，包括抛物线理论、悬链线理论和分段悬链线理论。然后介绍了主缆计算有限元方法的杆单元和柔索单元，给出了相应的单元切线刚度矩阵，并给出了索单元方程的三维表达。其中着重介绍了分段悬链线理论和悬链线索单元。 (3)系统研究了自锚式悬索桥主缆系统计算理论，包括成桥线形和内力计算、空缆线形和内力计算、鞍座预偏量计算、索夹安装位置计算和索鞍处主缆无应力长度修正方法。主缆系统计算有解析法和有限元法。主缆系统计算的解析法是基于第2章线形解析计算理论的方法，只适合分析逐段铰结施工的地锚式悬索桥。本文综合解析法及有限元法，首先用FORTRAN语言编制了linear.for程序求解初始线形，然后基于分段的悬链线模型模拟主缆，根据力学平衡和变形相容条件确定主缆成桥线形的解析方程，用Matlab编制计算程序，计算主缆系统的线形。在此基础上采用ANSYS软件计算全桥系统，结果回代主缆系统，调整全桥的受力情况，从而得成桥状态的合理内力和线形。在成桥线形的基础上进行空缆线形的分析计算，求得鞍座预偏量，并对成桥状态塔顶鞍座进行了修正。 (4)空气静力失稳就是指结构在给定风速作用下，主梁发生弯曲和扭转，一方面改变了结构刚度，另一方面改变了静风荷载大小，并反过来增大结构的变形，最终导致结构失稳。实验证明，大跨度缆索桥梁存在着非线性空气静力失稳的可能性。因此，开展静风稳定性分析不仅具有重要的工程意义，在理论上将有助于现有大跨度桥梁静风稳定理论的进一步完善，也将为今后的大跨度桥梁的抗风设计提供理论指导。本文首先介绍了二维线性静风失稳模型和三维静风失稳模型，然后基于非线性稳定理论基础上，进行了全桥静风稳定性分析计算。计算得到了-3°、O°和+3°攻角下的扭转临界发散风速。证明证明右汉桥满足静风稳定性的要求。其扭转临界风速远高于颤振检验风速与桥面设计风速。同时，与线性方法计算结果进行比较，差距过大，证明《公路桥梁抗风设计规范》中规定的静力扭转发散临界风速计算公式并不适用于跨径较小的自锚式悬索桥。
作者：	王晓
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李寿英;陈政清
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2008
正文语种：	中文