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悬索桥因其优越的受力性能是一般大跨度桥梁的首选结构形式,但是多塔多跨悬索桥却鲜见于实际的工程中,究其主要原因是三塔两跨悬索桥的中塔刚度问题:采用柔性主塔就无法有效的保证桥梁的竖向刚度,采用刚性桥塔,主塔则会承受很大的内力。如果在三塔两跨双缆悬索桥中采用双缆结构,则能有效约束中塔塔顶的顺桥向位移,从而提高悬索桥主梁的竖向刚度,同时减小中塔塔底承受的内力。鉴于双缆悬索桥仍然处于理论阶段,所以对双缆悬索桥进行详细的受力分析是十分必要的,本文就从静力方面深入的研究了其受力特性。详细研究内容包括:
(1)调研了悬索桥的相关资料,汇总了现代悬索桥的发展状况,并介绍了多塔悬索桥和双缆悬索桥体系以及研究状况,探讨了双缆悬索桥存在的问题,确定了本文要进行的研究内容和技术路线。
(2)根据传统悬索桥的成桥分析理论,推导了双缆悬索桥主缆内力分配的计算公式,与有限元计算分析结果进行了对比,验证了公式的正确性;提出了主缆内力主动分配理论,并结合等效荷载的思想,进行双缆悬索桥的成桥分析,结果表明采用这种思想进行双缆悬索桥成桥分析是可行的,为后续的研究奠定基础。
(3)建立主跨1800m的单跨双缆悬索桥模型,考虑列车活载、汽车活载以及横风等荷载作用,通过改变下缆与上缆的垂度比值、上下吊索初始内力比值以及上下缆截面面积比值等参数研究了单跨双缆悬索桥的受力和变形的变化规律,并与传统的悬索桥做了对比,研究结果表明适当的增加上述参数的值能在一定程度上提高悬索桥的竖向刚度,但是会使主梁横向变形略微增大,会使主梁扭转刚度有较大幅度减小。
(4)建立主跨1800m+1800m的三塔两跨双缆悬索桥模型,考虑列车活载、汽车活载和横风等荷载作用,通过改变下缆与上缆的垂度比值、上下吊索初始内力比值、上下缆截面面积比值以及中塔刚度等参数研究了三塔两跨双缆悬索桥的受力和变形的变化规律,并与传统的悬索桥做了对比,研究结果表明增大垂度比值能明显提高主梁的竖向刚度,增大初始内力比值以及中塔刚度能在一定程度上提高主梁竖向刚度,而增大截面面积比值则是先提高主梁竖向刚度,再降低主梁竖向刚度。上述参数对横向变形略有影响,对主梁扭转刚度有较大影响。
(5)对比了优化后的三塔两跨双缆悬索桥与传统悬索桥的变形及内力,发现优化后的结构能明显提高主梁竖向刚度,降低主梁以及主塔的内力。
综上所述,本文通过采用提出的双缆悬索桥的成桥方法对主跨1800m的单跨双缆悬索桥以及主跨1800m+1800m的三塔两跨双缆悬索桥的计算分析,设计参数的静力性能的优化比选,得出了多塔悬索桥采用双缆形式具有优良的竖向刚度的结论,对以后的大跨度悬索桥的设计具有一定参考价值。
(1)调研了悬索桥的相关资料,汇总了现代悬索桥的发展状况,并介绍了多塔悬索桥和双缆悬索桥体系以及研究状况,探讨了双缆悬索桥存在的问题,确定了本文要进行的研究内容和技术路线。
(2)根据传统悬索桥的成桥分析理论,推导了双缆悬索桥主缆内力分配的计算公式,与有限元计算分析结果进行了对比,验证了公式的正确性;提出了主缆内力主动分配理论,并结合等效荷载的思想,进行双缆悬索桥的成桥分析,结果表明采用这种思想进行双缆悬索桥成桥分析是可行的,为后续的研究奠定基础。
(3)建立主跨1800m的单跨双缆悬索桥模型,考虑列车活载、汽车活载以及横风等荷载作用,通过改变下缆与上缆的垂度比值、上下吊索初始内力比值以及上下缆截面面积比值等参数研究了单跨双缆悬索桥的受力和变形的变化规律,并与传统的悬索桥做了对比,研究结果表明适当的增加上述参数的值能在一定程度上提高悬索桥的竖向刚度,但是会使主梁横向变形略微增大,会使主梁扭转刚度有较大幅度减小。
(4)建立主跨1800m+1800m的三塔两跨双缆悬索桥模型,考虑列车活载、汽车活载和横风等荷载作用,通过改变下缆与上缆的垂度比值、上下吊索初始内力比值、上下缆截面面积比值以及中塔刚度等参数研究了三塔两跨双缆悬索桥的受力和变形的变化规律,并与传统的悬索桥做了对比,研究结果表明增大垂度比值能明显提高主梁的竖向刚度,增大初始内力比值以及中塔刚度能在一定程度上提高主梁竖向刚度,而增大截面面积比值则是先提高主梁竖向刚度,再降低主梁竖向刚度。上述参数对横向变形略有影响,对主梁扭转刚度有较大影响。
(5)对比了优化后的三塔两跨双缆悬索桥与传统悬索桥的变形及内力,发现优化后的结构能明显提高主梁竖向刚度,降低主梁以及主塔的内力。
综上所述,本文通过采用提出的双缆悬索桥的成桥方法对主跨1800m的单跨双缆悬索桥以及主跨1800m+1800m的三塔两跨双缆悬索桥的计算分析,设计参数的静力性能的优化比选,得出了多塔悬索桥采用双缆形式具有优良的竖向刚度的结论,对以后的大跨度悬索桥的设计具有一定参考价值。