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超大跨径部分地锚交叉索斜拉桥交叉索网结构研究

作　者: 周捷
导　师: 邵旭东
学　校: 湖南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 交叉索斜交桥超大跨径部分地锚索-梁锚固技术数值分析拉索参数特性经济性
分类号: U448.27
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

常规超大跨径斜拉桥结构体系存在主梁轴力过大、桥塔过高、跨中刚度偏小等难以克服的问题。部分地锚交叉索斜拉桥以创新的斜拉桥结构体系诊治了限制斜拉桥跨径增长的“顽疾”，其能够将斜拉桥的经济跨径拉大到1400m甚至更大。其中，交叉索网结构便是这种新型斜拉桥结构体系突破常规瓶颈的关键。本文对部分地锚交叉索斜拉桥中的交叉索网结构进行了详细的研究，主要完成了以下工作：（1）特殊的结构体系使得交叉索段主梁的整体受力、索-梁锚固构造、局部应力分布与常规斜拉桥不同，有必要对其进行全面的分析。以1408m部分地锚交叉索斜拉桥方案与1408m常规体系斜拉桥方案为基础，分别建立了整体梁单元模型以及主梁局部模型，在整体受力分析的基础上进一步分析了扁平钢箱梁在拉索交叉锚固作用下的应力分布。结果表明，新体系斜拉桥相较常规体系斜拉桥主梁最大恒载轴力削减了28.7%，最大活载轴力削减了27.5%；交叉索段主梁锚固区最大Mises应力为108MPa；拉索水平分力不再累积使得交叉索段主梁整体处于很低的应力水平。证明了新体系斜拉桥主梁受力的优越性以及新型交叉拉索索-梁锚固结构的合理性。（2）针对部分地锚交叉索斜拉桥超长交叉拉索长度较长、倾角较小的特点，对斜拉索的参数特性进行了全面的分析。以1408m交叉索斜拉桥方案为基础，计算了超长交叉拉索的静力特性，得出了准确的拉索梁端竖向刚度、承载效率等参数，计算得到每对交叉拉索的梁端等效承载效率在0.85左右。（3）说明了新型部分地锚交叉索斜拉桥各个结构工程量和单价的计算方法。对比计算了1408m新体系和常规体系斜拉桥方案工程造价，新体系斜拉桥方案总建安费相对减少了10.8%。分析了增加交叉拉索对新体系斜拉桥经济性的影响，证明了最经济的交叉索梁段占跨径之比在0.25左右；跨径越长，塔高越矮，设置交叉拉索能节约的费用就越多。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-24
  1.1 斜拉桥的发展现状  11-15
    1.1.1 斜拉桥跨径的飞速发展  11-12
    1.1.2 对超大跨径斜拉桥的需求  12-14
    1.1.3 对超大跨径斜拉桥的探索  14-15
  1.2 常规斜拉桥结构体系的技术瓶颈  15-18
    1.2.1 主梁轴压力过大  15-17
    1.2.2 桥塔过高  17-18
    1.2.3 跨中刚度过小  18
  1.3 突破瓶颈的新型斜拉桥结构体系  18-22
    1.3.1 超大跨径部分地锚交叉索斜拉桥体系  18-21
    1.3.2 对交叉索网结构的探索  21-22
  1.4 本文主要研究内容  22-24
第2章部分地锚交叉索斜拉桥索—梁锚固技术  24-47
  2.1 主跨 1408m 新体系斜拉桥方案  24-26
  2.2 主梁整体受力分析  26-29
    2.2.1 梁单元模型的建立  26-27
    2.2.2 主梁整体受力对比计算  27-29
  2.3 交叉拉索索-梁锚固结构件  29-32
    2.3.1 常见索-梁锚固连接  29-30
    2.3.2 新型索-梁锚固连接  30-32
  2.4 主梁局部计算模型  32-36
    2.4.1 模型介绍  33-36
    2.4.2 边界条件  36
  2.5 交叉拉索索-梁锚固区受力分析  36-40
    2.5.1 交叉拉索索-梁锚固构造的传力途经  36
    2.5.2 主梁锚固区应力分布  36-39
    2.5.3 索-梁锚固构造应力分布  39-40
  2.6 交叉索梁段钢箱梁应力分布  40-46
    2.6.1 顶板、底板应力对比分析  40-43
    2.6.2 腹板应力分布  43-44
    2.6.3 横隔板应力分布  44-45
    2.6.4 顶板、底板 U 肋应力分布  45-46
  2.7 本章小结  46-47
第3章新体系斜拉桥超长交叉拉索的参数分析  47-66
  3.1 拉索非线性的模拟  47-49
  3.2 拉索参数特性的研究  49-57
    3.2.1 拉索计算模型  49
    3.2.2 刚度  49-53
    3.2.3 索端分力  53-54
    3.2.4 垂度  54-55
    3.2.5 倾角  55-56
    3.2.6 无应力索长  56-57
  3.3 1408m 新体系斜拉桥方案交叉拉索参数计算  57-62
    3.3.1 拉索基本参数  57-58
    3.3.2 拉索梁端力的计算  58-61
    3.3.3 拉索梁端刚度的计算  61-62
  3.4 CFRP 材料对超长交叉拉索的适用性  62-64
    3.4.1 拉索垂度对比  62
    3.4.2 拉索梁端承载效率对比  62-63
    3.4.3 拉索梁端竖向刚度对比  63-64
  3.5 本章小结  64-66
第4章交叉索网结构对新体系斜拉桥经济性的影响  66-81
  4.1 新体系斜拉桥济性研究的重要性  66
  4.2 新体系斜拉桥工程造价的计算方法  66-69
    4.2.1 材料用量的计算方法  67-68
    4.2.2 基本参数的确定  68-69
    4.2.3 总建安费的确定  69
  4.3 1408m 新体系斜拉桥方案工程造价对比计算  69-70
  4.4 新体系斜拉桥经济性能的参数分析  70-80
    4.4.1 设置交叉拉索时各个结构的价格差  70-74
    4.4.2 交叉索梁段长度对新体系斜拉桥经济性的影响  74-77
    4.4.3 跨径对新体系斜拉桥经济性的影响  77-78
    4.4.4 塔跨比对新体系斜拉桥经济性的影响  78-79
    4.4.5 塔高对 1408m 新体系斜拉桥方案经济性的影响  79-80
  4.5 本章小结  80-81
结论与展望  81-83
参考文献  83-86
致谢  86-87
附录 A  87

超大跨径部分地锚交叉索斜拉桥交叉索网结构研究

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