三塔斜拉—自锚式悬索连续协作体系桥模型试验研究

论文摘要

三塔斜拉—自锚式悬索连续协作体系桥是由两座斜拉—自锚式悬索桥与一座独塔斜拉桥组合而成的复杂连续协作体系,兼备斜拉桥和悬索桥的优点,具有整体造型优美、刚柔并济的特点。由于自锚式悬索体系与斜拉体系结构受力特征、施工工艺存在较大差异,受力异常复杂,在设计与施工方面存在诸多技术难题,如整体结构的高度非线性行为、塔梁索相互作用的耦合效应、复杂施工过程的过程等,仅靠数值模拟的方法不足以反映实际桥梁的受力性能,也不便于发现桥梁施工过程中存在的问题。因此开展此类新颖桥梁的模型试验研究具有重要的理论意义和工程实用价值。论文以汉中市西二环大桥为工程依托,通过制作1：20的缩尺模型,验证了理论计算方法的正确性和施工工艺的可行性。首先考虑自锚式悬索—斜拉组合体系桥的非线性特征,基于有限位移法对依托工程施工全过程进行仿真分析,得到不同施工阶段主缆、斜拉索、吊杆、主梁、主塔和副塔的内力和位移,并与模型试验测量到的试验结果进行了对比分析,研究了吊杆张拉方式对结构体系的力学行为及受力性能的影响,分析了空间索缆线形变化规律和结构整体性能,并对施工过程中的关键技术进行研究。分析结果表明,拉索在张拉阶段桥梁的几何非线性非常突出；拉索在张拉阶段应以无应力长度控制为主,兼顾索力需求；体系转换后应以索力控制为主,兼顾拉索无应力长度；模型试验的实测值与理论计算值基本吻合,说明所建立的理论模型能较好地模拟结构实际的刚度、质量分布及边界条件,基于此原理与方法建立的实桥有限元模型可以很好地反映桥梁的实际工作状况,从而可以为桥梁的设计及施工提供技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 斜拉—悬索协作体系桥的发展及现状
• 1.2.1 国外斜拉—悬索协作体系桥的发展概况
• 1.2.2 国内斜拉—悬索协作体系桥的发展概况
• 1.3 国内外桥梁模型试验研究概况
• 1.4 本文研究背景
• 1.5 研究内容及方法
• 第二章 模型设计原理
• 2.1 引言
• 2.1.1 相似定理
• 2.1.2 量纲分析
• 2.2 模型设计准则
• 2.3 模型相似参数的确定
• 2.4 模型结构总体设计参数
• 2.5 本章小结
• 第三章 模型结构分析原理
• 3.1 分析理论
• 3.1.1 斜拉桥的分析理论
• 3.1.2 自锚式悬索体系分析理论
• 3.2 分析方法
• 3.2.1 斜拉桥的计算方法
• 3.2.2 自锚式悬索体系计算方法
• 3.2.3 缆索无应力索长计算方法
• 3.3 模型结构分析
• 3.3.1 模型试验的仿真计算方法
• 3.3.2 计算模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 模型试验研究
• 4.1 测点布置
• 4.1.1 索力测点
• 4.1.2 应变测点
• 4.1.3 挠度及变形测点
• 4.1.4 支座反力测点
• 4.2 静力试验工况
• 4.2.1 施工步骤
• 4.2.2 试验工况
• 4.3 试验成果与分析
• 4.3.1 主塔部分施工模拟
• 4.3.2 副塔部分施工模拟
• 4.3.3 体系转换
• 4.3.4 二期恒载模拟
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要研究结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢