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原文传递超大跨径自锚式悬索桥几何非线性行为理论与试验性能研究

论文题名：	超大跨径自锚式悬索桥几何非线性行为理论与试验性能研究
关键词：	自锚式悬索桥;几何非线性特征;全桥模型试验;力学特性;位移规律
摘要：	近几年，随着自锚式悬索桥跨径的不断增大，在施工中的几何非线性特征愈加突出，导致在体系转换时，结构的受力特性和位移变化规律也非常复杂，且目前国内工程界对此相关研究较少，尚无经验可以借鉴，因此，研究大跨径自锚式悬索桥几何非线性特征是十分必要的。在对自锚式悬索桥进行仿真模拟分析，存在一定程度上的简化（特别是边界条件），导致分析结果存在一定误差，从而无法确保这种桥梁真实的几何非线性特征。运用全桥模型试验，虽然无法直接根据试验数据分析出这种桥梁的几何非线性特征，但是可以间接的从试验结果和理论计算结果的吻合程度来验证理论计算出的几何非线性特征的准确程度。因此，运用全桥模型试验来探求这种超大跨径自锚式几何非线性特征是必要的。　　基于上述考虑，本文以交通部科技攻关项目“超大跨径自锚式悬索桥全桥模型试验研究”为依托，研究桃花峪黄河大桥的几何非线性行为特征，并基于试验数据分析其在施工过程中的吊索力学特性和主缆位移规律。本文主要内容如下: 　　1、介绍了依托项目桃花峪黄河大桥全桥模型试验的相似关系、缩尺比选择、模型各部分构造的设计、结构设计参数、结构设计验算参数、配重（恒载补偿）状况，阐述了主缆和吊索张拉方法设计、力测试系统设计和位移测试系统设计，说明了测点布置和模拟施工工况。　　2、基于试验数据，对比实际桥梁理论换算值和试验桥梁理论计算值，分析了主缆典型位置在施工中的竖向位移和纵向位移变化特性。结果表明:在施工中，不同索夹点主缆累计位移的变化特征不相同;在同一工况，中跨和边跨关于桥塔对称的索夹点，中跨位移变化量值总是大于边跨;边跨主缆的竖向累计位移和纵向累计位移变形量值基本相同，中跨主缆的竖向累计位移和纵向累计位移变形量值从桥塔到跨中，差值逐渐变大;结构体系转换对主缆竖向累计位移影响显著，对纵向累计位移影响微弱，且在中跨1/4处最显著，从中跨跨中到中跨1/4处，影响逐渐增强;从中跨1/4处到桥塔处，影响逐渐减弱，对边跨几乎没有影响。　　3、基于试验数据，对比实际桥梁理论换算值和试验桥梁理论计算值，分析了典型吊索索力在施工中的变化规律。结果表明:在施工中，边跨和中跨吊索力变化规律不同，边跨吊索经历了因张拉而获得索力、不受相邻吊索张拉影响、再受其他吊索的影响吊索力逐渐变大、体系转化完成后吊索力不变化的过程;而中跨吊索经历了因张拉而获得索力、受相邻吊索张拉影响骤然变小、再受其他吊索的影响吊索力逐渐变大、体系转化完成后吊索力变化不大的过程。　　4、基于试验数据，对比实际桥梁理论换算值和试验桥梁理论计算值，分析了典型吊索在不同工况的索力增长量和最终索力的比值，结果表明:边跨吊索最终索力主要源于其它吊索张拉所产生的该吊索累计增长效应;中跨吊索最终索力主要源于相邻吊索以外的其它吊索张拉所产生的该吊索累计增长效应。　　5、基于试验数据，对比实际桥梁理论换算值和试验桥梁理论计算值，分析了结构体系转换对典型吊索索力变化的影响。结果表明:当加劲梁脱架前，随着后续吊索张拉，吊索力逐渐变大;当加劲梁部分脱架后，随着后续吊索张拉，吊索力逐渐变小;当加劲梁完全脱架，随着后续吊索张拉，吊索力几乎无变化。　　6、运用实际桥梁理论计算值，分析了在施工中吊索索力的相邻影响变化规律。结果表明:在施工中，张拉吊索使相邻吊索索力骤然减小，而对其他吊索索力产生的影响很小;无论边跨还是中跨，除相邻吊索以外其他吊索受吊索张拉的影响基本相同;随着施工的进行，边跨相邻吊索索力受吊索张拉的影响逐渐增强，中跨相邻吊索索力受吊索张拉的影响先减弱再增强。　　7、本文提出了在Midas-civil中，分析自锚式悬索桥几何非线性特征的方法:遵循力不发生变化而位移发生变化的原则，把在同一工况中，同一位置上和同一体系下的吊索张拉力平均分成两部分，用节点荷载（外力）模拟，在张拉位置连续作用两次，对比主缆各节点位移的增量。如果增量相同，说明结构是线性的;如果增量不同，说明结构是非线性的。并指出了此种方法虽然无法说明桃花峪黄河大桥整体结构的几何非线性强弱，但能说明该桥各个工况的几何非线性特征，且能够分析出几何非线性特征随工况的变化规律。故此种方法虽然略显笨拙，但是可行。　　8、运用笔者提出的方法，从整体分析了施工阶段和成桥运营阶段主缆竖向位移和纵向位移的几何非线性特征。结果表明:在施工中，主缆位移经历了全部索夹点线性化特征明显、未张拉吊索对应索夹点非线性特征增强、未张拉吊索对应索夹点非线性特征弱化、已张拉吊索对应索夹点非线性特征增强、已张拉吊索对应索夹点非线性特征弱化、全部索夹点再次线性化特征明显的过程;在成桥时，主缆位移完全线性化，荷载效应完全符合叠加原理，不存在几何非线性特征。　　9、运用笔者提出的方法，从局部分析了施工阶段主缆竖向位移和纵向位移的几何非线性特征。结果表明:在施工中，主缆位移变化出现反弯点，这实际上是主缆位移的影响线零点，它往往表现出比其它位置更为明显的几何非线性特征;结构体系转换对主缆位移几何非线性特征影响很大:在体系转换前，主缆位移几何非线性特征逐渐增强;在体系转换完成后，结构重量转移到主缆上，重力刚度大，主缆位移几何非线性特征逐渐弱化，线性化特征趋于明显。
作者：	王桢
专业：	建筑与土木工程
导师：	吴海军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文