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原文传递连续斜系杆拱桥的结构性能研究

论文题名：	连续斜系杆拱桥的结构性能研究
关键词：	连续斜系杆拱;静力性能;动力特性;拱脚节点;拱轴线;横梁;吊杆设计
摘要：	本文从系杆拱桥受力特性、应用现状以及斜交结构特点出发，提出了连续斜系杆拱桥这种新的结构形式，并以实际工程一滨江大桥为背景，对该结构的静力、稳定性及动力特性等体系受力性能进行了系统的研究，同时对该斜交结构中的一些关键问题进行了深入的分析探讨。利用空间有限元程序对单跨斜系杆拱桥和三跨连续斜系杆拱桥随斜度从0°～45°改变的静力特性进行了具体的计算分析，研究了在恒、活载作用下各类构件的内力分布规律及变化趋势，总结归纳了单跨和连续结构的主要受力特点和影响因素。研究表明结构连续后具有连续结构体系的一些内力特征，墩顶负弯矩增大，跨中变形减小，整体刚度提高；随着斜度的变大，桥面系横梁梁端弯矩、扭矩增大，并对拱架结构产生耦合效应，内力呈现不对称的非线性增大现象，类似于一般斜交梁桥的某些特点，但各构件和不同截面的内力增值不一，对系杆弯矩和扭矩以及拱肋弯矩影响较大；桥台处钝角侧支座反力大于锐角侧，而桥墩处两侧支反力相差较小；附加内力与斜度的关系不是很大；论文还对桥面宽度对受力性能的影响进行了分析，结果表明结构随斜度变化的受力特点相同，仅量值变化而已。连续斜系杆拱桥随斜度从0°～45°的变化，结构稳定系数在降低，但相对于正交时幅度在10％以内。对于刚性系杆刚性拱桥而言，随着桥面宽度的增大，结构的稳定系数呈下降趋势，且基本呈线性关系，这一点说明桥面系的刚度比较大，结构的失稳主要由拱肋本身刚度决定。稳定系数较低的阶段通常在拱肋施工的状态。通过对结构的动力特性分析，振动周期随着斜度的增大而增大，说明结构的总体柔性在变大，但结构的振型没有发生变化。该结构主要产生拱肋的面外振动，对于刚性系杆刚性拱桥，由于桥面系刚度较大，未出现结构的扭转振动，具有较好的抗扭性能。同时对冲击系数的计算分析，验证了新规范中的近似公式是偏于安全的。连续斜系杆拱桥的墩顶拱脚节点是受力较为复杂的部位，边、中跨拱肋、系杆和墩顶斜置端横梁交汇于此，它区别于一般的系杆拱桥，本文专门进行了该节点的空间有限元分析，探明了最不利工况下的空间应力分布情况，研究了节点的合理设计构造。论文针对斜系杆拱桥拱肋内力不对称和活载内力占截面总内力成分较大的特点，研究了拱轴线优化方法，并对拱轴线进行了优化，在保证拱肋为对称结构形式的前提下，使得优化后的拱轴线在满足美观要求的同时，使得拱肋在恒载和活载作用状态下的弯矩分布更加均匀、合理。对桥面系横梁的正、斜布置方式引起的内力差异进行了对比分析，结果表明主要对系杆的扭矩和横梁自身内力有较大影响，而对其它构件影响较小，并阐述了两种布置方式的适用性。横梁与系杆斜交，属于弹性嵌固连接，分析了张拉横梁预应力对横梁、结构以及支座的影响。针对斜系杆拱桥受力复杂、内力不对称的情况，为了减小吊杆张拉施工对结构的影响，进行了吊杆构造设计的系统研究。对柔性吊杆的束力确定和施工控制方法进行了探讨阐述，同时提出了刚性吊杆的设计构思，进行了其构造设计、张拉力计算方法研究，并进行了刚性吊杆一次张拉的模型试验论证，在具体工程中得到了成功应用，具有推广应用的价值。
作者：	虞建成
专业：	道路与铁道工程
导师：	黄卫
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2006
正文语种：	中文