混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作體系的極限承載力及動(dòng)力響應(yīng)研究.pdf

1、金馬大橋采用一種大跨徑混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作的新體系，成功的設(shè)計(jì)和施工，以及目前良好的運(yùn)營(yíng)情況，引起了工程界的重視和矚目。金馬大橋是目前世界上跨度最大的獨(dú)塔混凝土斜拉橋，該橋結(jié)構(gòu)新穎，采用混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作體系橋梁技術(shù)，在不加大斜拉橋的長(zhǎng)度前提下加大了跨徑，減少了深水墩，大幅度降低了造價(jià)，并有利于橋梁的通航、泄洪、提高抗撞能力，對(duì)比其他設(shè)計(jì)方案節(jié)省人民幣上億元。從已有的文獻(xiàn)來(lái)看，對(duì)于這樣的特殊的協(xié)作體系的力學(xué)行為研究還不夠全面，深入

2、，對(duì)于這種特殊的結(jié)構(gòu)體系的極限承載力研究、自由振動(dòng)理論研究、動(dòng)力特征值分析以及隨機(jī)地震響應(yīng)的研究更是少見(jiàn)。 該文從混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作體系以上各種重要的力學(xué)行為進(jìn)行了全面系統(tǒng)的研究。 主要工作： (1)總結(jié)了廣東金馬大橋協(xié)作體系橋梁設(shè)計(jì)技術(shù)，探討了這種協(xié)作體系的一些設(shè)計(jì)的新理念，重點(diǎn)就其主橋的主塔的直束加固技術(shù)以及主梁的橫隔梁澆注次序預(yù)應(yīng)力分批張拉技術(shù)作了細(xì)致的有限元計(jì)算，和光彈實(shí)驗(yàn)做了比較分析。認(rèn)為這些新的技

3、術(shù)可以指導(dǎo)類似工程的設(shè)計(jì)與施工。 (2)為了分析協(xié)作體系的極限承載能力，首先給出了平面梁?jiǎn)卧紤]鋼筋混凝土和鋼材的材料非線性的折減剛度法，此外，以力的增量的形式推導(dǎo)混凝土的徐變計(jì)算公式，提出一種新的精細(xì)的計(jì)算方法，編制了精確計(jì)算混凝土徐變的有限元程序，以算例證明了其有效性。該文通過(guò)對(duì)廣東金馬大橋進(jìn)行極限承載力分析，研究了混凝土收縮徐變、加勁梁配筋率、斜拉索的安全系數(shù)、加載方式等因素對(duì)協(xié)作體系橋梁的極限承載力的影響，表明斜拉索的設(shè)

4、計(jì)安全系數(shù)是很重要的影響因素，應(yīng)加以重視。全橋和半橋加載時(shí)，彈塑性極限活荷載安全系數(shù)分別為21.4和9.67，表明這種協(xié)作體系具有良好的極限承載能力。 (3)基于Hamilton變分原理，考慮了加勁梁的壓彎耦合、剪切應(yīng)變能和扭轉(zhuǎn)應(yīng)變能的影響，建立了獨(dú)塔混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作體系的空間耦合自由振動(dòng)的勢(shì)能泛函，通過(guò)約束變分推導(dǎo)出了這種協(xié)作體系主橋主梁的豎向撓曲振動(dòng)、橫向撓曲振動(dòng)、縱向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)以及主塔的縱向振動(dòng)和橫向振動(dòng)的基礎(chǔ)微

5、分方程，以其中最為復(fù)雜的主梁的豎向振動(dòng)方程為代表，設(shè)置了協(xié)作體系的兩邊T構(gòu)所給主橋協(xié)作所帶來(lái)的特殊邊界條件，進(jìn)而得到協(xié)作體系的振動(dòng)頻率微分方程。文中以金馬大橋?yàn)樗憷?，用非線性求解的方法求出了豎向振動(dòng)頻率方程的解析解，并與數(shù)值解作了比較，吻合較好，這一理論和方法為同類結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)研究提供了可靠的理論依據(jù)。 (4)協(xié)作體系的動(dòng)力特性分析主要包括體系的自振頻率和主振型的求解，它是協(xié)作體系動(dòng)力分析的基礎(chǔ)和前提。該文以廣東金馬大橋?yàn)樗憷?/p>

6、，通過(guò)建立空間有限元計(jì)算模型，對(duì)這種獨(dú)特的協(xié)作體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力特征分析，給出了前20階頻率和相應(yīng)的振型，并且對(duì)同等跨徑的普通斜拉橋以及最初的剪力鉸設(shè)計(jì)方案做了相應(yīng)的動(dòng)力特征比較分析，結(jié)果表明采用協(xié)作體系的金馬大橋具有良好的動(dòng)力性能。此外該文還分別研究了各種結(jié)構(gòu)參數(shù)變化對(duì)不同接頭方式的協(xié)作體系結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的影響，對(duì)其影響規(guī)律作了詳細(xì)的討論和分析。該文結(jié)果為協(xié)作體系的固有振動(dòng)分析和抗震設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。 (5)采用人工生成的地震波

7、，分別考慮結(jié)構(gòu)的非線性和不考慮結(jié)構(gòu)的非線性，考慮行波效應(yīng)和不考慮行波效應(yīng)的影響，對(duì)混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作體系在豎向、縱向和橫向地震波輸入下的地震反應(yīng)進(jìn)行了詳細(xì)研究，分析比較了線性多點(diǎn)一致激勵(lì)、非線性多點(diǎn)一致激勵(lì)以及多點(diǎn)行波效應(yīng)輸入情況下主梁、主塔、邊墩等控制截面的內(nèi)力和位移響應(yīng)時(shí)程結(jié)果，并對(duì)其影響規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)地討論。 (6)引入高效虛擬激勵(lì)法和精細(xì)積分法，對(duì)混凝土斜拉橋與T構(gòu)協(xié)作體系在隨機(jī)地震作用下的地震響應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。重