斜拉—刚构协作体系桥的静力特性研究

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以斜拉桥为协作主体形成的斜拉桥与其他桥型的协作体系桥梁,具有多样美观的造型、优良的力学性能、良好的使用功能和经济性能等,在现代桥梁工程中得到广泛采用。其形式可分为分载协作和共载协作。其中斜拉-刚构协作体系桥是一种高效的协作体系桥梁,广州的金马大桥就采用这种协作体系桥梁的分载协作形式,形成了目前世界上跨度最大的混凝土独塔结构,获得了显著的经济效益,而桥梁的良好运营以及桥梁体系中蕴含的高效力学性能也促进了对该体系的深入研究。本文即从下述几个方面研究斜拉-刚构协作体系桥的静力特性。通过区分恒载作用下协作体系各部分所承当荷载的位置差异,将协作体系分为分载协作和共载协作两种基本形式,并从力学特性方面考察体系差异,说明这种分类具有一定的合理性。对斜拉-刚构协作体系进行了等效简化,运用弹性地基梁法考察了体系的力学特性。将斜拉索支承的主梁主跨等效为弹性地基梁,按两种模型对结构进行了简化,一种模型将刚构等效为弹性约束,作用于拉索支承的主梁上;另一种将无索区包括进来,将无索区靠近边跨端的约束等效为弹簧约束,按能量法建立平衡方程,并用有限元计算上述两种模型,分析了体系的静力特性。最后参照等征长度的概念,给出了斜拉索支承结构同多跨连续结构的简单类比,由此探讨了无索区的合理取值范围。对于对称形式的分载协作体系桥,以金马大桥为典型桥例,考察了结构主要参数对斜拉-刚构协作体系桥静力特性的影响规律,证实了刚度较大的刚构对于密索斜拉结构的受力特性有较大改善作用;并对体系主要参数选取多个水平,利用均匀设计法安排了数值试验,采用统计回归分析结构特性。对不对称分载协作形式的斜拉-刚构桥,同对称布置形式作对比,指出了结构不对称所带来的优缺点。分别研究了分载协作中结构比例,共载协作中相对刚度对结构力学特性的重大影响,讨论了分载协作体系的连接部位设计和斜拉-刚构协作体系桥的应用。
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