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原文传递大跨度自锚式悬索桥的静动力性能研究与参数敏感性分析

论文题名：	大跨度自锚式悬索桥的静动力性能研究与参数敏感性分析
关键词：	悬索桥;力学性能;锚固体系;虚位移;有限元法
摘要：	自锚式悬索桥无论是在受力性能方面，还是在构造方面，与地锚式悬索桥都有很大的区别。本文结合工程实际，在自锚式悬索桥的静动力性能、参数敏感性分析及锚固构造等方面进行了研究和探讨，具体研究内容如下： (1)基于挠度理论和虚位移原理，推导了具有梁一柱效应、以三角级数形式表达的加劲梁内力及变形实用公式。研究发现：对于自锚式悬索桥，应用本文的实用方法与有限位移法的计算结果吻合较好。这说明可以采用挠度理论来研究设计参数对结构内力与变形的影响，尤其是在方案设计阶段，与有限元方法相比，在选定结构主要设计参数时本文方法更加方便有效。 (2)应用基于虚位移原理的实用计算方法，研究跨径布置、主缆矢跨比、加劲梁刚度等参数对结构静力性能的影响。对于自锚式悬索桥，随着矢跨比的增加，结构竖向总体刚度增大，加劲梁的压力减小，但对结构最不利弯矩的影响相对比较小，因此常采用较大的矢跨比；适当减小边跨跨度对增大结构刚度、减小结构受力有利，但是过小的边跨会增大锚固处主缆的竖向分力，增大结构的压重。加劲梁的抗弯刚度对结构总体刚度的影响比较大；合适的边跨及外伸跨长度对减小结构的竖向挠度非常有效，并且对主缆在梁端锚固处的压重也非常有利。 (3)针对结构参数改变后的模态分析问题，提出有限元方法和矩阵摄动理论相结合进行结构主要设计参数的敏感性分析的方法。此方法避免了结构参数每修改一次就需要求解一次广义特征值的问题。从对一座自锚式悬索桥的参数敏感性分析结果发现：本方法很容易获得结构修改后的振动模态和结构设计参数的灵敏度；其计算精度和经济性是另人满意的。 (4)基于桥梁多振型耦合的气弹性理论，建立了气动参数敏感性分析的理论和方法。该方法应用特征值问题理论，分别考虑颤、抖振的特点，结合风洞试验资料，分析不同的截面形状、模态耦合、颤振导数及施工过程等对自锚式悬索桥结构气动性能的影响。通过对两座实桥的气动性能参数研究发现：对于具有扁平流线型钢箱梁的自锚式悬索桥，其颤振临界风速的计算结果比较接近于薄平板，且绝大部分能量都集中到扭转振型上，表明对颤振发生时起主导作用的是扭转模态；结构阻尼的增加在一定范围内对抑制结构响应所起的作用明显；加劲梁的侧向摇摆运动对其竖向响应的影响非常显著。这些特点表明自锚式悬索桥的空气动力性能与斜拉桥较为接近。 (5)针对自锚式悬索桥全焊钢锚箱的新型锚固体系，对其理想状况下的空间受力特点及带初始缺陷情况下的弹性屈曲荷载进行了全面的分析。结果表明：锚箱梁段在设计轴力作用下，应力及变形的分布极为复杂；腹板和锚固区段的焊接残余应力较大；在锚箱的设计和加工过程中必须给予足够的重视。
作者：	唐冕
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	陈政清
授予学位：	博士
授予学位单位：	中南大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文