超大跨徑自錨式懸索橋幾何非線性行為理論與試驗(yàn)性能研究.pdf

1、近幾年，隨著自錨式懸索橋跨徑的不斷增大，在施工中的幾何非線性特征愈加突出，導(dǎo)致在體系轉(zhuǎn)換時(shí)，結(jié)構(gòu)的受力特性和位移變化規(guī)律也非常復(fù)雜，且目前國(guó)內(nèi)工程界對(duì)此相關(guān)研究較少，尚無(wú)經(jīng)驗(yàn)可以借鑒，因此，研究大跨徑自錨式懸索橋幾何非線性特征是十分必要的。在對(duì)自錨式懸索橋進(jìn)行仿真模擬分析，存在一定程度上的簡(jiǎn)化（特別是邊界條件），導(dǎo)致分析結(jié)果存在一定誤差，從而無(wú)法確保這種橋梁真實(shí)的幾何非線性特征。運(yùn)用全橋模型試驗(yàn)，雖然無(wú)法直接根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析出這種橋梁的

2、幾何非線性特征，但是可以間接的從試驗(yàn)結(jié)果和理論計(jì)算結(jié)果的吻合程度來(lái)驗(yàn)證理論計(jì)算出的幾何非線性特征的準(zhǔn)確程度。因此，運(yùn)用全橋模型試驗(yàn)來(lái)探求這種超大跨徑自錨式幾何非線性特征是必要的。
　　基于上述考慮，本文以交通部科技攻關(guān)項(xiàng)目“超大跨徑自錨式懸索橋全橋模型試驗(yàn)研究”為依托，研究桃花峪黃河大橋的幾何非線性行為特征，并基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析其在施工過(guò)程中的吊索力學(xué)特性和主纜位移規(guī)律。本文主要內(nèi)容如下:
　　1、介紹了依托項(xiàng)目桃花峪黃河大橋

3、全橋模型試驗(yàn)的相似關(guān)系、縮尺比選擇、模型各部分構(gòu)造的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)驗(yàn)算參數(shù)、配重（恒載補(bǔ)償）狀況，闡述了主纜和吊索張拉方法設(shè)計(jì)、力測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)和位移測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)，說(shuō)明了測(cè)點(diǎn)布置和模擬施工工況。
　　2、基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比實(shí)際橋梁理論換算值和試驗(yàn)橋梁理論計(jì)算值，分析了主纜典型位置在施工中的豎向位移和縱向位移變化特性。結(jié)果表明:在施工中，不同索夾點(diǎn)主纜累計(jì)位移的變化特征不相同;在同一工況，中跨和邊跨關(guān)于橋塔對(duì)稱的索夾點(diǎn)，

4、中跨位移變化量值總是大于邊跨;邊跨主纜的豎向累計(jì)位移和縱向累計(jì)位移變形量值基本相同，中跨主纜的豎向累計(jì)位移和縱向累計(jì)位移變形量值從橋塔到跨中，差值逐漸變大;結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換對(duì)主纜豎向累計(jì)位移影響顯著，對(duì)縱向累計(jì)位移影響微弱，且在中跨1/4處最顯著，從中跨跨中到中跨1/4處，影響逐漸增強(qiáng);從中跨1/4處到橋塔處，影響逐漸減弱，對(duì)邊跨幾乎沒(méi)有影響。
　　3、基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比實(shí)際橋梁理論換算值和試驗(yàn)橋梁理論計(jì)算值，分析了典型吊索索力在施工

5、中的變化規(guī)律。結(jié)果表明:在施工中，邊跨和中跨吊索力變化規(guī)律不同，邊跨吊索經(jīng)歷了因張拉而獲得索力、不受相鄰吊索張拉影響、再受其他吊索的影響吊索力逐漸變大、體系轉(zhuǎn)化完成后吊索力不變化的過(guò)程;而中跨吊索經(jīng)歷了因張拉而獲得索力、受相鄰吊索張拉影響驟然變小、再受其他吊索的影響吊索力逐漸變大、體系轉(zhuǎn)化完成后吊索力變化不大的過(guò)程。
　　4、基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比實(shí)際橋梁理論換算值和試驗(yàn)橋梁理論計(jì)算值，分析了典型吊索在不同工況的索力增長(zhǎng)量和最終索力的

6、比值，結(jié)果表明:邊跨吊索最終索力主要源于其它吊索張拉所產(chǎn)生的該吊索累計(jì)增長(zhǎng)效應(yīng);中跨吊索最終索力主要源于相鄰吊索以外的其它吊索張拉所產(chǎn)生的該吊索累計(jì)增長(zhǎng)效應(yīng)。
　　5、基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比實(shí)際橋梁理論換算值和試驗(yàn)橋梁理論計(jì)算值，分析了結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換對(duì)典型吊索索力變化的影響。結(jié)果表明:當(dāng)加勁梁脫架前，隨著后續(xù)吊索張拉，吊索力逐漸變大;當(dāng)加勁梁部分脫架后，隨著后續(xù)吊索張拉，吊索力逐漸變小;當(dāng)加勁梁完全脫架，隨著后續(xù)吊索張拉，吊索力幾乎無(wú)變

7、化。
　　6、運(yùn)用實(shí)際橋梁理論計(jì)算值，分析了在施工中吊索索力的相鄰影響變化規(guī)律。結(jié)果表明:在施工中，張拉吊索使相鄰吊索索力驟然減小，而對(duì)其他吊索索力產(chǎn)生的影響很小;無(wú)論邊跨還是中跨，除相鄰吊索以外其他吊索受吊索張拉的影響基本相同;隨著施工的進(jìn)行，邊跨相鄰吊索索力受吊索張拉的影響逐漸增強(qiáng)，中跨相鄰吊索索力受吊索張拉的影響先減弱再增強(qiáng)。
　　7、本文提出了在Midas-civil中，分析自錨式懸索橋幾何非線性特征的方法:遵循力不

8、發(fā)生變化而位移發(fā)生變化的原則，把在同一工況中，同一位置上和同一體系下的吊索張拉力平均分成兩部分，用節(jié)點(diǎn)荷載（外力）模擬，在張拉位置連續(xù)作用兩次，對(duì)比主纜各節(jié)點(diǎn)位移的增量。如果增量相同，說(shuō)明結(jié)構(gòu)是線性的;如果增量不同，說(shuō)明結(jié)構(gòu)是非線性的。并指出了此種方法雖然無(wú)法說(shuō)明桃花峪黃河大橋整體結(jié)構(gòu)的幾何非線性強(qiáng)弱，但能說(shuō)明該橋各個(gè)工況的幾何非線性特征，且能夠分析出幾何非線性特征隨工況的變化規(guī)律。故此種方法雖然略顯笨拙，但是可行。
　　8、運(yùn)用

9、筆者提出的方法，從整體分析了施工階段和成橋運(yùn)營(yíng)階段主纜豎向位移和縱向位移的幾何非線性特征。結(jié)果表明:在施工中，主纜位移經(jīng)歷了全部索夾點(diǎn)線性化特征明顯、未張拉吊索對(duì)應(yīng)索夾點(diǎn)非線性特征增強(qiáng)、未張拉吊索對(duì)應(yīng)索夾點(diǎn)非線性特征弱化、已張拉吊索對(duì)應(yīng)索夾點(diǎn)非線性特征增強(qiáng)、已張拉吊索對(duì)應(yīng)索夾點(diǎn)非線性特征弱化、全部索夾點(diǎn)再次線性化特征明顯的過(guò)程;在成橋時(shí)，主纜位移完全線性化，荷載效應(yīng)完全符合疊加原理，不存在幾何非線性特征。
　　9、運(yùn)用筆者提出的方