自錨式懸索橋空間主纜系統(tǒng)計(jì)算與靜風(fēng)穩(wěn)定性分析.pdf

1、自錨式懸索橋作為一種特殊的橋型，以其結(jié)構(gòu)造型美觀，經(jīng)濟(jì)性能較好，對地形和地質(zhì)狀況適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到工程界的青睞，成為城市里100-400m跨徑范圍內(nèi)極具競爭力的橋梁方案。到20世紀(jì)末以日本此花大橋、韓國永宗大橋?yàn)榇淼默F(xiàn)代自錨式懸索橋開始興起，與此同時(shí)自錨式懸索橋在國內(nèi)也逐步發(fā)展起來。目前，無論是在靜力、動力特性的理論研究方面，還是在設(shè)計(jì)和施工監(jiān)控方面，人們對自錨式懸索橋的認(rèn)識還不夠全面，研究不夠深入。本文依托南京右汊懸索橋工程

2、，對自錨式懸索橋的空間線形找形、空纜線形及預(yù)偏量和靜風(fēng)穩(wěn)定性方面進(jìn)行研究。主要工作如下： (1)介紹了自錨式懸索橋的發(fā)展歷史和國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀，總結(jié)了自錨式懸索橋的基本構(gòu)造和受力特點(diǎn)，指出了自錨式懸索橋存在問題和它的發(fā)展趨勢； (2)懸索橋主纜線形計(jì)算理論包括解析計(jì)算理論和有限元計(jì)算理論。首先逐一介紹了各種懸索橋線形解析計(jì)算理論，包括拋物線理論、懸鏈線理論和分段懸鏈線理論。然后介紹了主纜計(jì)算有限元方法的桿單元和柔索單元，

3、給出了相應(yīng)的單元切線剛度矩陣，并給出了索單元方程的三維表達(dá)。其中著重介紹了分段懸鏈線理論和懸鏈線索單元。 (3)系統(tǒng)研究了自錨式懸索橋主纜系統(tǒng)計(jì)算理論，包括成橋線形和內(nèi)力計(jì)算、空纜線形和內(nèi)力計(jì)算、鞍座預(yù)偏量計(jì)算、索夾安裝位置計(jì)算和索鞍處主纜無應(yīng)力長度修正方法。 主纜系統(tǒng)計(jì)算有解析法和有限元法。主纜系統(tǒng)計(jì)算的解析法是基于第2章線形解析計(jì)算理論的方法，只適合分析逐段鉸結(jié)施工的地錨式懸索橋。本文綜合解析法及有限元法，首先用FO

4、RTRAN語言編制了linear.for程序求解初始線形，然后基于分段的懸鏈線模型模擬主纜，根據(jù)力學(xué)平衡和變形相容條件確定主纜成橋線形的解析方程，用Matlab編制計(jì)算程序，計(jì)算主纜系統(tǒng)的線形。在此基礎(chǔ)上采用ANSYS軟件計(jì)算全橋系統(tǒng)，結(jié)果回代主纜系統(tǒng)，調(diào)整全橋的受力情況，從而得成橋狀態(tài)的合理內(nèi)力和線形。在成橋線形的基礎(chǔ)上進(jìn)行空纜線形的分析計(jì)算，求得鞍座預(yù)偏量，并對成橋狀態(tài)塔頂鞍座進(jìn)行了修正。 (4)空氣靜力失穩(wěn)就是指結(jié)構(gòu)在給定

5、風(fēng)速作用下，主梁發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)，一方面改變了結(jié)構(gòu)剛度，另一方面改變了靜風(fēng)荷載大小，并反過來增大結(jié)構(gòu)的變形，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)證明，大跨度纜索橋梁存在著非線性空氣靜力失穩(wěn)的可能性。因此，開展靜風(fēng)穩(wěn)定性分析不僅具有重要的工程意義，在理論上將有助于現(xiàn)有大跨度橋梁靜風(fēng)穩(wěn)定理論的進(jìn)一步完善，也將為今后的大跨度橋梁的抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。 本文首先介紹了二維線性靜風(fēng)失穩(wěn)模型和三維靜風(fēng)失穩(wěn)模型，然后基于非線性穩(wěn)定理論基礎(chǔ)上，進(jìn)行了全橋靜風(fēng)