自錨式懸索橋空間主纜系統(tǒng)計算與靜風穩(wěn)定性分析.pdf

1、自錨式懸索橋作為一種特殊的橋型，以其結構造型美觀，經(jīng)濟性能較好，對地形和地質狀況適應性強等優(yōu)點，越來越受到工程界的青睞，成為城市里100-400m跨徑范圍內極具競爭力的橋梁方案。到20世紀末以日本此花大橋、韓國永宗大橋為代表的現(xiàn)代自錨式懸索橋開始興起，與此同時自錨式懸索橋在國內也逐步發(fā)展起來。目前，無論是在靜力、動力特性的理論研究方面，還是在設計和施工監(jiān)控方面，人們對自錨式懸索橋的認識還不夠全面，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、空纜線形及預偏量和靜風穩(wěn)定性方面進行研究。主要工作如下： (1)介紹了自錨式懸索橋的發(fā)展歷史和國內外的應用現(xiàn)狀，總結了自錨式懸索橋的基本構造和受力特點，指出了自錨式懸索橋存在問題和它的發(fā)展趨勢； (2)懸索橋主纜線形計算理論包括解析計算理論和有限元計算理論。首先逐一介紹了各種懸索橋線形解析計算理論，包括拋物線理論、懸鏈線理論和分段懸鏈線理論。然后介紹了主纜計算有限元方法的桿單元和柔索單元，

3、給出了相應的單元切線剛度矩陣，并給出了索單元方程的三維表達。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)計算理論，包括成橋線形和內力計算、空纜線形和內力計算、鞍座預偏量計算、索夾安裝位置計算和索鞍處主纜無應力長度修正方法。 主纜系統(tǒng)計算有解析法和有限元法。主纜系統(tǒng)計算的解析法是基于第2章線形解析計算理論的方法，只適合分析逐段鉸結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編制計算程序，計算主纜系統(tǒng)的線形。在此基礎上采用ANSYS軟件計算全橋系統(tǒng)，結果回代主纜系統(tǒng)，調整全橋的受力情況，從而得成橋狀態(tài)的合理內力和線形。在成橋線形的基礎上進行空纜線形的分析計算，求得鞍座預偏量，并對成橋狀態(tài)塔頂鞍座進行了修正。 (4)空氣靜力失穩(wěn)就是指結構在給定

5、風速作用下，主梁發(fā)生彎曲和扭轉，一方面改變了結構剛度，另一方面改變了靜風荷載大小，并反過來增大結構的變形，最終導致結構失穩(wěn)。實驗證明，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)有大跨度橋梁靜風穩(wěn)定理論的進一步完善，也將為今后的大跨度橋梁的抗風設計提供理論指導。 本文首先介紹了二維線性靜風失穩(wěn)模型和三維靜風失穩(wěn)模型，然后基于非線性穩(wěn)定理論基礎上，進行了全橋靜風