大跨度聯(lián)塔分幅斜拉橋結構行為與聯(lián)塔結構模型試驗研究.pdf

1、隨著交通量的增加，橋梁設計得越來越寬，一種新穎的橋梁斷面形式——雙幅橋面橋梁以其寬敞的視覺效果、良好的行車條件而逐漸受到人們的青睞，雙幅橋面橋梁在國內外的建設也在逐漸增多。大多數(shù)的雙幅橋面橋梁是兩座平行獨立的橋梁，除氣動干擾效應外受力完全獨立，正在建設中的寧波甬江特大橋除具備雙幅橋面橋梁的特點外，將兩幅橋的索塔橫向聯(lián)成整體，兩幅橋的受力通過聯(lián)塔部位相互傳遞，呈現(xiàn)出耦合狀態(tài)，聯(lián)塔結構本身的工作狀態(tài)和安全儲備受到工程師們的矚目。本文在收集國

2、內外相關資料和深入分析已有研究成果的基礎上，以寧波甬江特大橋為背景，研究聯(lián)塔分幅斜拉橋的結構行為，并對聯(lián)塔結構進行模型試驗研究。主要研究內容如下：
　　 1.詳細推導了隨施工階段變化的結構狀態(tài)量對斜拉索施工張拉力以及預拱度的響應函數(shù)關系式，并考慮幾何非線性和徐變的影響。依據(jù)這些響應函數(shù)，針對斜拉橋懸臂澆筑施工過程中斜拉索施工張拉力的優(yōu)化，建立了數(shù)學規(guī)劃模型，利用多目標、多約束優(yōu)化算法編制了相應的MATLAB程序進行斜拉索施工張拉

3、力的優(yōu)化。基于ANSYS中的APDL語言編制了斜拉橋懸臂澆注施工階段分析的程序，以實現(xiàn)施工仿真分析的程序化、簡單化。在仿真分析中，對斜拉橋在施工及成橋階段的線性和非線性效應作了簡要比較。
　　 2.鑒于兩幅橋梁受力的耦合性，對兩幅橋梁的受力相互影響程度進行了定量分析。拓展聯(lián)塔部位的剛度參數(shù)、聯(lián)結區(qū)域長度，考察兩幅橋梁相互影響對這些參數(shù)的敏感性。
　　 3.鑒于我國規(guī)范規(guī)定的氣動三分力系數(shù)和風荷載計算是僅針對單幅橋面橋梁，

4、利用有限元程序ANSYS中的FLOTRAN CAD模塊對甬江特大橋雙幅橋面橋梁的風力三分力系數(shù)進行了數(shù)值模擬研究。并對聯(lián)塔分幅式斜拉橋、分離塔單幅式斜拉橋兩種塔結構型式的斜拉橋的靜風穩(wěn)定性能及動力特性進行了比較分析。
　　 4.以寧波甬江特大橋為工程背景，對其整個聯(lián)塔結構進行室內模型試驗研究。針對模型試驗中加載斜拉索的布置位置、數(shù)量及索力的確定，提出了最少索數(shù)的索力優(yōu)化方法，編制了相應的數(shù)值分析程序。在滿足目標狀態(tài)要求的前提下，

5、以最少斜拉索數(shù)量為原則確定了試驗中斜拉索的優(yōu)化布置及相應的優(yōu)化索力，在達到預期目標的同時增加了斜拉索的利用率，且減少了資源的耗費。
　　 5.模型試驗對聯(lián)塔結構的受力性能進行了研究，測試了聯(lián)塔結構的變形、控制斷面的應力、斜拉索索力，實測值與計算值符合較好。通過試驗驗證了最少索數(shù)優(yōu)化方法的合理性和可行性；明確了各斜拉索特別是不同塔上斜拉索之間的索力相互影響程度；驗證了聯(lián)塔結構在施工、運營階段的受力性能；對聯(lián)塔結構模型進行了極限承載