混凝土斜拉橋與T構協(xié)作體系的極限承載力及動力響應研究.pdf

1、金馬大橋采用一種大跨徑混凝土斜拉橋與T構協(xié)作的新體系，成功的設計和施工，以及目前良好的運營情況，引起了工程界的重視和矚目。金馬大橋是目前世界上跨度最大的獨塔混凝土斜拉橋，該橋結構新穎，采用混凝土斜拉橋與T構協(xié)作體系橋梁技術，在不加大斜拉橋的長度前提下加大了跨徑，減少了深水墩，大幅度降低了造價，并有利于橋梁的通航、泄洪、提高抗撞能力，對比其他設計方案節(jié)省人民幣上億元。從已有的文獻來看，對于這樣的特殊的協(xié)作體系的力學行為研究還不夠全面，深入

2、，對于這種特殊的結構體系的極限承載力研究、自由振動理論研究、動力特征值分析以及隨機地震響應的研究更是少見。 該文從混凝土斜拉橋與T構協(xié)作體系以上各種重要的力學行為進行了全面系統(tǒng)的研究。 主要工作： (1)總結了廣東金馬大橋協(xié)作體系橋梁設計技術，探討了這種協(xié)作體系的一些設計的新理念，重點就其主橋的主塔的直束加固技術以及主梁的橫隔梁澆注次序預應力分批張拉技術作了細致的有限元計算，和光彈實驗做了比較分析。認為這些新的技

3、術可以指導類似工程的設計與施工。 (2)為了分析協(xié)作體系的極限承載能力，首先給出了平面梁單元考慮鋼筋混凝土和鋼材的材料非線性的折減剛度法，此外，以力的增量的形式推導混凝土的徐變計算公式，提出一種新的精細的計算方法，編制了精確計算混凝土徐變的有限元程序，以算例證明了其有效性。該文通過對廣東金馬大橋進行極限承載力分析，研究了混凝土收縮徐變、加勁梁配筋率、斜拉索的安全系數(shù)、加載方式等因素對協(xié)作體系橋梁的極限承載力的影響，表明斜拉索的設

4、計安全系數(shù)是很重要的影響因素，應加以重視。全橋和半橋加載時，彈塑性極限活荷載安全系數(shù)分別為21.4和9.67，表明這種協(xié)作體系具有良好的極限承載能力。 (3)基于Hamilton變分原理，考慮了加勁梁的壓彎耦合、剪切應變能和扭轉應變能的影響，建立了獨塔混凝土斜拉橋與T構協(xié)作體系的空間耦合自由振動的勢能泛函，通過約束變分推導出了這種協(xié)作體系主橋主梁的豎向撓曲振動、橫向撓曲振動、縱向振動、扭轉振動以及主塔的縱向振動和橫向振動的基礎微

5、分方程，以其中最為復雜的主梁的豎向振動方程為代表，設置了協(xié)作體系的兩邊T構所給主橋協(xié)作所帶來的特殊邊界條件，進而得到協(xié)作體系的振動頻率微分方程。文中以金馬大橋為算例，用非線性求解的方法求出了豎向振動頻率方程的解析解，并與數(shù)值解作了比較，吻合較好，這一理論和方法為同類結構的自由振動研究提供了可靠的理論依據(jù)。 (4)協(xié)作體系的動力特性分析主要包括體系的自振頻率和主振型的求解，它是協(xié)作體系動力分析的基礎和前提。該文以廣東金馬大橋為算例

6、，通過建立空間有限元計算模型，對這種獨特的協(xié)作體系結構進行了動力特征分析，給出了前20階頻率和相應的振型，并且對同等跨徑的普通斜拉橋以及最初的剪力鉸設計方案做了相應的動力特征比較分析，結果表明采用協(xié)作體系的金馬大橋具有良好的動力性能。此外該文還分別研究了各種結構參數(shù)變化對不同接頭方式的協(xié)作體系結構的動力特性的影響，對其影響規(guī)律作了詳細的討論和分析。該文結果為協(xié)作體系的固有振動分析和抗震設計提供了基礎。 (5)采用人工生成的地震波

7、，分別考慮結構的非線性和不考慮結構的非線性，考慮行波效應和不考慮行波效應的影響，對混凝土斜拉橋與T構協(xié)作體系在豎向、縱向和橫向地震波輸入下的地震反應進行了詳細研究，分析比較了線性多點一致激勵、非線性多點一致激勵以及多點行波效應輸入情況下主梁、主塔、邊墩等控制截面的內力和位移響應時程結果，并對其影響規(guī)律進行了詳細地討論。 (6)引入高效虛擬激勵法和精細積分法，對混凝土斜拉橋與T構協(xié)作體系在隨機地震作用下的地震響應進行了系統(tǒng)研究。重