【博士】超大跨度斜拉桥设计理论研究【2006】

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内容简介

　　学科专业：桥梁与隧道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学　　学位年度： 2006年　　超大跨度斜拉桥作为与悬索桥最具有竞争力的桥型，在千米纽以上跨径上越来越受到工程界的青睐，我国继香港昂船洲大桥、苏通大桥之后，又面临若干近千米级斜拉桥的规划设计与论证工作。本文以苏通大桥等几座特大跨径斜拉桥方案为工程背景，以超大跨度斜拉桥的设计理论与特殊力学问题为主线，比较深入地开展了以下几个方面的工作：　　1．斜拉桥概念设计与近似分析理论的研究。　　在现有研究成果的基础上，结合工程实例，就斜拉桥概念设计中几个总体设计参数的确定原则以及关键构造设计要点进行了系统的阐述。根据弹性地基梁比拟方法，推导了塔、梁、索的恒活载内力近似计算公式，在概念设计阶段具有较强的实用价值。基于理论推导与统计资料，拟合出了斜拉桥基频(一阶竖弯和扭转)估算公式，与现行规范公式相比，不仅形式简单、精度较高，而且物理涵义更明确。　　2．大跨度斜拉桥合理成桥与旅工状态索力优化以及非线性影响比较研究。结合苏通大桥设计实践，系统地研究总结了各种斜拉桥索力优化方法，实现了千米级钢斜拉桥一次张拉索力达到理想状态。以单索模型为对象，比较了超长斜拉索的三种非线性计算方法的影响。验证了8节点或8段杆单元斜拉索模拟方法在1000～2000m跨径范围均具有较高的精度。系统分析了各种几何非线性因素对苏通大桥成桥以及施工状态的影响，研究表明如果按等效直秆模量法模拟超长索的垂度效应，将导致大跨度斜拉桥的施工线型计算不准确，仅该项因索所引起的主梁立模标高最大误差约30cm，是非常显著的。最后分析了活载计算方法的影响，研究表明活载按线性二阶理论在千米级甚至更大跨径斜拉桥仍然是有效的。　　3．特大跨度斜拉桥方案试设计与参数研究。　　分别以1200、1400、1600m三种超大跨度为目标进行r方案试设计，探讨了三种跨径下，斜拉桥在活载、横向静风、结构稳定性以及抗风性能等方面的变化情况。分析表明，结构稳定性是超大跨度斜拉桥跨径增大后的主要控制囡素。并就粱高、桥塔刚度、塔跨比、拉索布置、主梁宽跨比等一些特征几何参数展开了深入地比较研究，得到这些参数变化后的影响规律，然后比较论证了分体双箱梁在超大跨径斜拉桥的适用性。　　4．多索面斜拉桥设计理论分析。　　以1600m跨径为对象，结合静力、稳定性、动力分析以及经济性等多方面的比较论证，最终揭示出多索面斜拉桥在超大跨度范围并非理想的结构型式，而分体双箱梁与传统倾斜双索面是1400m以上跨径比较理想的选择。　　5．大跨度斜拉桥结构体系比较研究。　　结合苏通大桥和某座主跨816m的单侧混合梁特大跨斜拉桥实例，研究了塔粱连接、边跨辅助墩、混合梁等对整体力学性能的影响。前者已用于苏通大桥实践，有关结构体系研究与比选的技术路线和方法可作为同类桥梁参考。　　6．斜拉桥的材料用量指标与合理跨径界限。　　以欧拉压杆模型为理论基础，推导出变截面桥塔受稳定控制时面内最小抗弯刚度的估算表达式。算例表明，不仅精度较好，而且具有较强的实用价值。收集了国内外一些典型斜拉桥的技术经济指标，可供概念设计参考。系统研究了有关斜拉桥极限跨径的技术控制因素。然后以工程统计资料为基础，推导了斜拉桥、悬索桥上部结构用钢当量表达式，进而导出了斜拉桥与悬索桥上部结构经济比较随跨径的变化规律简化表达式。据此论证出，即使跨径达到1400甚至1600m，斜拉桥在工程经济方面仍然具有较大的竞争力。　　7．大跨度钢斜拉桥几何控制法与精度控制要求。　　阐述了几何控制法的基础思想和原则，制定了几何控制的实施流程。采用确定性方法对苏通大桥施工控制中的主要参数进行了敏感性分析。最后从几何协调性出发，给出了一套适用于悬臂施工的钢斜拉桥精度控制建议值，并通过近似分析验证了它的适用性。最后，关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。　　

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