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独塔自锚式悬索桥新型结构体系研究

作　者: 庄奕忠
导　师: 肖勇刚；高荣堂
学　校: 长沙理工大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 独塔自锚式悬索桥几何非线性结构体系整体稳定性顶推架设
分类号: U448.25
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

近几年来,随着自锚式悬索桥越来越广泛地应用,特别是在我国,自锚式悬索桥更是受到了许多工程师的青睐。自锚式悬索桥是一种经济、合理、美观的桥型。该类桥在其适用的跨径范围内,建造的工程费用相对其他桥型而言更低廉。然而,自锚式悬索桥的设计计算理论和施工技术相对比较薄弱,有关这方面的研究在国内外还比较少,现有的理论、设计方法和施工都还有待在实践工程中去检验、提取、归纳与总结。以广东佛山平胜大桥(世界上第一座独塔单主跨多外伸跨钢混组合自锚式悬索桥)为工程背景,本文具体工作如下:(1)本文首先对自锚式悬索桥的发展进行叙述和总结,包括自锚式悬索桥的发展历史、发展现状、主要构造及功能、主要结构形式和优缺点等。(2)对已有悬索桥分析理论(弹性理论、挠度理论和有限位移理论)进行了综述比较,选用其中较为先进、精度高、适用范围广的有限位移理论,推导了梁、杆、悬索单元的切线刚度矩阵。(3)自锚式悬索桥在施工阶段非线性影响表现的非常突出。本文对自锚式悬索桥的材料非线性、几何非线性分别进行了介绍,讨论了几种常见的非线性方程的求解方法,包括:直接求解法、增量法、Newton-Raphson法。此外,介绍了非线性方程求解过程的收敛准则。(4)结合设计基本资料及设计技术要求,介绍了平胜大桥独塔自锚式悬索桥方案的设计构思和结构体系的创新性设计。此外,建立了平胜大桥极限承载力有限元分析模型,对自锚式悬索桥的整体稳定性进行了分析。(5)以施工实践为背景,介绍了自锚式悬索桥钢箱梁的顶推施工方法,为今后类似工程的施工提供了参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-26
  1.1 悬索桥的发展历史  11-13
  1.2 自锚式悬索桥的发展概况  13-20
    1.2.1 自锚式悬索桥的发展历史  13-15
    1.2.2 国外现代典型自锚式悬索桥  15-17
    1.2.3 我国自锚式悬索桥的发展  17-20
  1.3 自锚式悬索桥的特点  20-24
    1.3.1 自锚式悬索桥的主要构造及功能  20-22
    1.3.2 自锚式悬索桥的主要结构形式  22
    1.3.3 自锚式悬索桥与地锚式悬索桥的主要共同特点  22-23
    1.3.4 自锚式悬索桥的优缺点  23-24
  1.4 本文的主要工作  24-26
第二章自锚式悬索桥分析理论的发展  26-34
  2.1 自锚式悬索桥在竖向荷载作用下的分析理论  26-30
    2.1.1 弹性理论  26-27
    2.1.2 挠度理论  27-29
    2.1.3 有限位移理论  29-30
  2.2 悬索桥在横向荷载作用下的分析理论  30
    2.2.1 膜理论  30
    2.2.2 作为杆系结构的离散分析理论  30
  2.3 自锚式悬索桥相关理论的研究现状  30-33
    2.3.1 自锚式悬索桥施工过程模拟分析  30-32
    2.3.2 自锚式悬索桥整体稳定性与极限承载能力研究  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章自锚式悬索桥非线性有限元分析方法  34-52
  3.1 几何非线性的基本原理  34-35
  3.2 几何非线性分析常用方法  35-36
  3.3 悬索桥常用单元切线刚度矩阵  36-42
    3.3.1 平面梁单元的切线刚度矩阵  36-39
    3.3.2 杆单元切线刚度矩阵  39-40
    3.3.3 悬链线索单元的切线刚度矩阵  40-42
  3.4 自锚式悬索桥分析的非线性影响因素  42-43
  3.5 自锚式悬索桥几何非线性分析方法  43-45
    3.5.1 主缆垂度效应  43-44
    3.5.2 结构大位移非线性效应  44-45
    3.5.3 初始内力引起的非线性  45
  3.6 混凝土收缩徐变影响分析  45-47
  3.7 非线性方程的求解  47-51
    3.7.1 直接求解法  48
    3.7.2 增量法  48-49
    3.7.3 Newton-RaPhson法  49-50
    3.7.4 收敛准则  50-51
  3.8 本章小结  51-52
第四章工程背景和有限元分析  52-63
  4.1 工程背景  52-53
    4.1.1 概述  52
    4.1.2 气候、水文  52
    4.1.3 通航  52
    4.1.4 地质情况  52
    4.1.5 技术标准  52-53
    4.1.6 主要材料  53
  4.2 独塔自锚式悬索桥方案构思  53-54
  4.3 平胜大桥独塔混合梁自锚式悬索桥结构设计  54-57
    4.3.1 桥塔  54
    4.3.2 矢跨比  54-55
    4.3.3 缆吊系统  55
    4.3.4 加劲梁  55-56
    4.3.5 钢-混凝土结合段  56
    4.3.6 锚跨  56-57
    4.3.7 平胜大桥结构主要参数  57
  4.4 平胜大桥整体稳定性及极限承载力研究  57-63
    4.4.1 对自锚式悬索桥整体稳定性的定性分析  57-59
    4.4.2 极限承载力空间有限元分析  59-63
第五章自锚式悬索桥结构体系关键技术研究  63-74
  5.1 自锚式悬索桥结构体系设计关键技术  63-65
    5.1.1 独塔自锚式混合梁悬索桥结构体系设计  63
    5.1.2 自锚式悬索桥设计方法  63-64
    5.1.3 自锚式悬索桥调索  64
    5.1.4 主缆锚固体系设计  64
    5.1.5 混合梁钢-混结合段设计  64-65
    5.1.6 钢箱梁整体与局部稳定设计  65
  5.2 顶推法架设主跨钢箱梁  65-70
    5.2.1 概述  65-67
    5.2.2 施工方案  67
    5.2.3 钢箱梁顶推施工  67-68
    5.2.4 顶推力的考虑  68
    5.2.5 顶推施工操作  68-69
    5.2.6 测量控制  69
    5.2.7 顶推施工注意事项  69-70
  5.3 钢混结合段的施工  70-73
    5.3.1 结合段钢筋绑扎、预应力筋的安装  70-71
    5.3.2 混凝土浇筑  71-72
    5.3.3 预应力施工  72-73
  5.4 自锚式悬索桥吊索调索施工  73-74
结论  74-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
附录A 攻读学位期间发表论文目录及参加的科研项目  79

独塔自锚式悬索桥新型结构体系研究

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