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独塔斜拉桥的设计理论研究

作　者: 李晓莉
导　师: 肖汝诚
学　校: 同济大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 独塔斜拉桥体系力学特性参数研究无索区长度端锚索应力比优化正交试验经济性能概念设计
分类号: U448.27
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
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引　用: 7次
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内容摘要

本文围绕着独塔体系斜拉桥设计理论这一主线展开，对相关几方面问题进行了详细研究。 (1) 首先总结了国内外对独塔斜拉桥的研究现状，并提出了需要进一步研究的问题。对于独塔斜拉桥的研究资料并不多，所见大多集中在对传统双塔的研究上。设计理论的内涵十分丰富，包括体系、参数、特征构件、概念设计以及设计参数优化等。 (2) 从体系的概念出发，首先提出了体系的概念，然后对独塔斜拉桥体系进行系统的分类，以体系为主线，系统的研究了各种荷载作用下独塔斜拉桥各种体系的力学特性。针对目前体系研究的现状，以实桥为研究背景，通过结构受力模型，分别研究独塔体系在活载、温度等荷载作用下的位移和内力，得到了独塔体系力学特性的系统研究结果。研究对象包括独塔普通体系、独塔协作体系和斜塔体系三个方面，普通的独塔斜拉桥又包括对称与非对称体系；协作体系的研究以独塔与连续梁、独塔与T型刚构的协作为重点；斜塔斜拉桥的研究以一座建成的无背索斜拉桥为研究对象，概括了无背索体系的受力特性。 (3) 讨论了对称、非对称形式的独塔斜拉桥主梁无索区长度变化对结构受力和刚度的影响，分析了独塔斜拉桥的梁塔刚度比变化引起结构受力变化的规律。研究了主梁无索区长度与以下因素的关系： ①主梁与桥塔的弯曲刚度比S； ②主梁边主跨比Ls/Lm； ③拉索的刚度C，尤其是主梁主跨外边索和边跨的锚索。 (4) 研究独塔斜拉桥的特征构件端锚索。从锚索的弦向刚度、应力比影响因素、疲劳等几个方面讨论了锚索的特性，得出了一些有益的结论。 (5) 研究了独塔斜拉桥经济性能的若干指标和设计参数的优化。通过对已建独塔斜拉桥的分析，得到了包括：主边跨比、主梁高跨比、宽跨比、高宽比、索塔高跨比与主梁、桥塔、拉索经济指标的关系。在设计参数的优化中，利用优化方法中的正交试验原理对一座非对称的独塔斜拉桥方案进行了优化研究。通过16个试验模型的分析，得到了独塔斜拉桥主要参数对选定目标函数的影响曲线，从而得到最优方案。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-13
第1章绪论  13-34
  1.1 独塔斜拉桥的历史和发展  13-28
    1.1.1 斜拉桥的演变历史和发展  13-14
    1.1.2 独塔斜拉桥的历史和发展  14-19
    1.1.3 我国独塔斜拉桥的发展概况  19-28
  1.2 独塔斜拉桥的研究现状及存在的问题  28-32
    1.2.1 独塔斜拉桥体系  28-29
    1.2.2 独塔斜拉桥设计参数分析  29-30
    1.2.3 独塔斜拉桥端锚索性能  30
    1.2.4 独塔斜拉桥设计参数优化  30-31
    1.2.5 独塔斜拉桥的概念设计  31-32
  1.3 独塔斜拉桥的设计理论研究  32
  1.4 本文的研究内容  32-34
第2章独塔斜拉桥的体系研究  34-60
  2.1 体系的概念  34
  2.2 体系研究的目的和内容  34-35
  2.3 独塔斜拉桥体系的分类  35-42
    2.3.1 外界约束:自锚式、地锚式和部分地锚式  36-37
    2.3.2 塔、梁、墩连结方式  37
    2.3.3 受力形态  37-42
  2.4 独塔斜拉桥的体系研究  42-57
    2.4.1 研究内容和模型的建立  42-45
    2.4.2 对称协作体系位移分析结果  45
    2.4.3 非对称协作体系位移分析结果  45-46
    2.4.4 对称、非对称协作体系位移分析结果  46-47
    2.4.5 普通体系与协作体系位移分析结果  47
    2.4.6 对称体系主梁内力分析结果  47-50
    2.4.7 非对称体系主梁内力分析结果  50-53
    2.4.8 对称、非对称普通体系主梁内力比较分析结果  53-54
    2.4.9 桥塔塔根弯矩分析结果  54-55
    2.4.10 斜塔斜拉桥体系  55-57
  2.5 本章小结  57-60
第3章独塔斜拉桥的设计参数研究  60-80
  3.1 参数研究  60-63
    3.1.1 参数研究的目的和方法  60
    3.1.2 设计参数  60-63
  3.2 独塔斜拉桥无索区长度影响因素  63-65
    3.2.1 主梁梁端无索区  63-64
    3.2.2 无索区长度影响因素  64-65
  3.3 独塔斜拉桥无索区长度参数研究  65-74
    3.3.1 无索区长度改变对内力的影响  65-68
    3.3.2 无索区长度改变对反力的影响  68-69
    3.3.3 无索区长度改变对位移的影响  69-71
    3.3.4 无索区长度改变对索力的影响  71-74
  3.4 独塔斜拉桥梁塔刚度比的研究  74-77
  3.5 本章小结  77-80
第4章独塔斜拉桥的端锚索研究  80-94
  4.1 端锚索的特性和存在的问题  80
  4.2 端锚索的刚度和支撑效率  80-84
    4.2.1 拉索刚度推导  80-81
    4.2.2 影响端锚索刚度的因素  81-82
    4.2.3 端锚索刚度对结构性能的影响  82-83
    4.2.4 端锚索的支承效率  83-84
  4.3 端锚索的应力比  84-88
    4.3.1 端锚索应力比  84
    4.3.2 应力比公式推导  84-88
  4.4 端锚索的疲劳  88-92
    4.4.1 疲劳应力幅  88-89
    4.4.2 影响端锚索应力幅的因素  89-91
    4.4.3 锚索的疲劳强度  91-92
  4.5 本章小结  92-94
第5章独塔斜拉桥的设计参数优化  94-119
  5.1 研究目的和内容  94
  5.2 结构优化的试验分析方法  94-99
    5.2.1 正交试验法原理  94-95
    5.2.2 指标、因素和水平  95-96
    5.2.3 正交表的确定  96-97
    5.2.4 计算结果的分析  97-99
  5.3 设计参数优化考虑的影响因素  99-100
    5.3.1 形式、构造  99
    5.3.2 材料  99-100
    5.3.3 施工  100
  5.4 独塔斜拉桥经济指标与结构参数的关系  100-109
    5.4.1 经济指标统计  100-105
    5.4.2 经济指标与结构参数的关系  105-109
  5.5 独塔体系斜拉桥的尺寸优选  109-118
    5.5.1 优选因素、正交表的选择  109
    5.5.2 因素水平的确定  109-111
    5.5.3 指标的选取  111-112
    5.5.4 计算结果的分析  112-118
  5.6 本章小结  118-119
第6章独塔斜拉桥结构的概念设计  119-139
  6.1 研究内容  119
  6.2 概念设计的涵义  119-121
    6.2.1 概念设计  119-120
    6.2.2 概念设计的涵义  120-121
  6.3 概念设计的过程和界定  121-123
    6.3.1 概念设计的过程  121-123
    6.3.2 概念设计的界定  123
  6.4 概念设计中的几个设计概念  123-126
    6.4.1 安全概念  123
    6.4.2 体系概念  123-124
    6.4.3 经济概念  124-125
    6.4.4 环境概念  125
    6.4.5 技术概念  125
    6.4.6 动态发展概念  125-126
  6.5 概念设计的实施  126-138
    6.5.1 总体布置  126-128
    6.5.2 力学估算  128-130
    6.5.3 斜拉索的概念设计  130-131
    6.5.4 桥塔  131-133
    6.5.5 主梁  133-137
    6.5.6 辅助墩  137-138
  6.6 本章小结  138-139
第7章总结与展望  139-142
  7.1 本文主要研究内容和结论  139-141
  7.2 进一步研究的建议  141-142
参考文献  142-154
致谢  154-155
个人简历及攻读博士期间发表的论文  155

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