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自锚式悬索桥主缆系统计算和锚固区试验研究

作　者: 邓军
导　师: 邵旭东
学　校: 湖南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 自锚式悬索桥主缆线形锚固结构试验研究
分类号: U446.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 201次
引　用: 10次
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内容摘要

自锚式悬索桥作为一种特殊的桥型,以其结构造型美观、经济性能较好、对地形和地质状况适应性强等优点,越来越受到工程界的青睐,成为城市里100-400m跨径范围内极具竞争力的桥梁方案。本文依托长沙三汊矶自锚式悬索桥工程,对自锚式悬索桥的主缆系统计算理论、主缆锚固方式和锚固区受力特征进行了研究和试验。主要做了以下工作:(1)介绍了自锚式悬索桥的发展历史和国内外的应用现状,总结了自锚式悬索桥的基本构造特点和受力特征,指出了自锚式悬索桥存在问题和发展趋势;(2)对悬索桥主缆线形计算理论进行了系统研究,提出并推导了主缆混合线形的计算理论和相应的实用公式,编制了各种计算理论的计算程序。通过算例验证了混合线形理论公式的实用性和正确性,并且与其它计算理论的结果比较,证明公式有足够的精度,可用做初步设计中主缆线形的计算,能够满足工程的需要;(3)对自锚式悬索桥主缆系统计算理论进行了系统研究,包括成桥线形和内力计算、空缆线形和内力计算、鞍座预偏量计算、索夹安装位置计算和索鞍处主缆无应力长度修正方法。本文运用考虑加劲梁刚度影响的有限元法,基于ANSYS的APDL语言,编制了计算机程序,对主跨328m的三汊矶自锚式悬索桥的主缆系统进行了计算分析。计算结果表明加劲梁刚度对自锚式悬索桥主缆内力计算的影响大致在10%左右,而对主缆无应力索长的计算影响较小;(4)提出了自锚式悬索桥主缆锚固系统设计的基本原则,系统总结了自锚式悬索桥采用混凝土加劲梁、钢混组合加劲梁和钢加劲梁时的主缆锚固系统,归纳得出主缆锚固可采取直接锚固、混凝土结构中散开锚固、钢结构中散开锚固和环绕式锚固等不同方式。同时,本文对各种锚固方式的优缺点和适用范围进行了合理评价,并讨论了主缆竖向分力的几种处理方法。这对今后同类桥型的设计和施工有重要的指导作用。(5)对三汊矶自锚式悬索桥锚固结构进行了1:3.2大比例模型试验。通过与空间有限元分析结果比较分析,表明锚固结构有较强的超载能力,验证了锚固结构的安全性和可靠性。另外,针对设计存在的问题,通过计算和试验提出了合理的建议,为大桥的设计提供直接的指导;

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-28
  1.1 悬索桥概述  12-16
    1.1.1 悬索桥的发展历史  12-13
    1.1.2 悬索桥在竖向荷载作用下的分析理论  13-16
    1.1.3 悬索桥的发展趋势  16
  1.2 自锚式悬索桥发展概述  16-23
    1.2.1 历史回顾  16-19
    1.2.2 现代自锚式悬索桥  19-22
    1.2.3 挠度理论应用于自锚悬索桥  22-23
  1.3 自锚式悬索桥的基本构造和受力特点  23-25
    1.3.1 基本构造  23-24
    1.3.2 自锚式悬索桥和地锚式悬索桥的共同特点  24-25
    1.3.3 优缺点  25
  1.4 自锚式悬索桥的发展趋势  25-26
  1.5 论文的背景和所做的工作  26-28
    1.5.1 选题背景  26-27
    1.5.2 论文所做的工作  27-28
第2章自锚式悬索桥主缆线形计算理论  28-45
  2.1 概述  28
  2.2 二分法  28-29
  2.3 主缆线形解析计算理论  29-41
    2.3.1 基本假设  29-31
    2.3.2 抛物线理论  31-33
    2.3.3 悬链线理论  33-36
    2.3.4 混合线形理论  36-41
  2.4 主缆线形计算的几何非线性有限元理论  41-43
    2.4.1 平面杆单元切线刚度矩阵  41-42
    2.4.2 柔索单元切线刚度矩阵  42-43
  2.5 本章小结  43-45
第3章三汊矶大桥主缆系统计算  45-69
  3.1 概述  45
  3.2 悬索桥的几何非线性理论  45-50
    3.2.1 结构大位移引起的非线性  46-49
    3.2.2 缆索自重垂度引起的非线性  49-50
    3.2.3 初始内力引起的非线性  50
  3.3 成桥线形的计算原理  50-52
    3.3.1 成桥线形的要求状态  50-51
    3.3.2 构件质量守恒与无应力尺寸不变原理  51
    3.3.3 成桥线形计算原理  51-52
  3.4 空缆线形与索鞍预偏量计算原理  52-55
    3.4.1 索鞍预偏的原因  52-53
    3.4.2 空缆线形和预偏量的倒拆计算法  53-55
    3.4.3 空缆线形和预偏量的正装分析法  55
  3.5 索夹安装位置计算原理  55
  3.6 索鞍处主缆长度修正方法  55-58
    3.6.1 公式推导  56-57
    3.6.2 算例  57-58
  3.7 三汊矶自锚式悬索桥主缆系统计算  58-68
    3.7.1 概述  58-60
    3.7.2 空缆线形计算  60-61
    3.7.3 施工过程模拟和成桥线形计算  61-63
    3.7.4 索夹安装位置计算  63
    3.7.5 无应力索长和预偏量迭代计算  63-64
    3.7.6 三汊矶大桥计算结果  64-68
  3.8 本章小结  68-69
第4章自锚式悬索桥主缆锚固系统的合理设计  69-78
  4.1 概述  69
  4.2 设计原则  69-70
  4.3 主缆锚固分类和实例  70-75
    4.3.1 混凝土加劲梁主缆锚固系统  71-72
    4.3.2 钢混组合加劲梁主缆锚固系统  72-73
    4.3.3 钢加劲梁主缆锚固系统  73-75
  4.4 各种锚固系统的优缺点和适用范围  75-76
  4.5 主缆竖向反力的处理  76
  4.6 本章小结  76-78
第5章三汊矶大桥主缆锚固模型空间有限元分析  78-94
  5.1 三汊矶锚固系统介绍  78-80
  5.2 试验模型设计  80-83
    5.2.1 模型设计的整体思路  80
    5.2.2 模型几何尺寸和相似关系  80-81
    5.2.3 模型材料的选择  81
    5.2.4 模型结构设计  81-83
  5.3 建模及单元的选取  83-84
  5.4 荷载及边界条件  84-85
  5.5 空间有限元分析结果  85-93
    5.5.1 顶板及加劲肋结果分析  85-87
    5.5.2 底板及加劲肋结果分析  87-88
    5.5.3 腹板及加劲肋结果分析  88-90
    5.5.4 锚固体结果分析  90-93
  5.6 本章小结  93-94
第6章三汊矶大桥主缆锚固区试验研究  94-103
  6.1 模型试验研究目的和内容  94
    6.1.1 研究目的  94
    6.1.2 研究内容  94
  6.2 模型的制作和安装  94-95
  6.3 试验方案的制订  95-96
    6.3.1 试验模型的荷载和加载方法  95
    6.3.2 试验加载工况  95-96
  6.4 试验结果与有限元分析对比  96-101
    6.4.1 顶板试验结果  96-97
    6.4.2 底板试验结果  97-99
    6.4.3 腹板试验结果  99-100
    6.4.4 锚固体试验结果  100-101
  6.5 本章小结  101-103
结论  103-106
参考文献  106-110
附录 A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）  110-111
致谢  111

自锚式悬索桥主缆系统计算和锚固区试验研究

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