无背索曲塔曲梁斜拉桥力学性能分析和的研究

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1、摘要无背索曲塔曲梁斜拉桥是一种异形化的无背索斜拉桥，力学状态比一般无背索斜拉桥更复杂。目前其建设和科研均刚刚起步，对其力学性能进行分析可以填补和推动此新型桥梁领域的研究，对于指导设计、施工等生产实践活动也具有重要的现实意义。本文以无背索曲塔曲梁斜拉桥的主要设计参数为研究对象，探索各参数与表征力学性质的指标间的影响规律，在此基础上探讨结构整体和局部的力学性质，并为设计与施工提供一些参考和建议。本文依托在建的东莞梨川大桥工程，运用理论研究和基于有限元模型的参数分析两种手段，主要围绕结构的成桥静力性能、整体稳定性能和动力特

2、性三个方面的内容开展研究。得到了以下主要研究成果：(1)探讨了无背索曲塔曲梁斜拉桥主要的结构特征，提出了无背索曲塔曲梁斜拉桥的塔梁静力平衡关系。(2)提出了有限元静力分析时主塔、主梁、斜拉索、预应力、隔离体局部分析的建模和处理方法，以及有限元动力分析时建立模型的原则与方法，形成了无背索曲塔曲梁斜拉桥的有限元分析方法。(3)运用有限元程序Midas／FEA建立了梨川大桥静力分析有限元模型，通过参数分析的方法，得到了选取的8个主要设计参数对11个力学指标的影响规律，总结出参数与指标之间定性和近似的定量关系，指出并论证分析

3、结果能为设计与研究提供一定参考。(4)研究了梨川大桥的整体稳定性，得到了其前2阶失稳模态和相应的稳定安全系数。对比研究了5个主要设计参数对整体稳定性的影响规律，得出主塔的重量、刚度对稳定性的影响最大，斜拉索的刚度次之，主梁的重量、刚度影响最小。并据此提出了改善稳定性的建议措施：在主塔的材料中尽量考虑使用钢材。(5)研究了梨川大桥的动力特性，得到了其前lO阶自振频率和振型，总结出其动力特性的主要特点：塔的主导振型居于绝对多数；第10阶振型为罕见的平面内振动和平面外振动的耦合；相比于洪山大桥，梨川大桥塔的主导振型更多，从

4、一定程度上反映了曲塔结构刚度上的先天不足。对比研究了5个主要设计参数对动力特广东X．：lk大学项士学位论文性的影响规律，并提出了改善动力特性的建议措施：设计时主塔材料中尽量考虑加入钢材、施工时要防止塔的混凝土超方：采用钢混组合梁或钢箱梁作为主梁；提高拉索刚度的方法不建议采用。本文为无背索曲塔曲梁斜拉桥的理论研究和结构分析提供了较为有效的方法，其成果可为设计、施工及研究提供参考。关键词：无背索斜拉桥：曲塔曲梁；参数分析；静力性能；稳定性能；动力特性ⅡAbstractAbstractThecurved-pylonsand

5、curved-girdercable-stayedbridgewithoutback—staysisakindofheteromorphosiscable-stayedbridgewithoutback-stays，anditsmechanicalstateismorecomplicatedthanthegeneralcable-stayedbridgewithoutback-stays．Asitsconstructionandresearchhavejustbeenstarted，mechanicalperform

6、anceanalysisofthebridgewillgreatlypromoteresearchinthefieldofthisnewbridgestyle，anditisofgreatpracticalimportancetoguideproductionpracticessuchasdesignandconstruction．Inthispaper,theobjectofstudyisprincipaldesignparametersofthecurved-pylonsandcurved—girdercable

7、·stayedbridgewithoutback·stays．Onthebasisofexploringtheinterrelationshipbetweenvariousparametersandindexesrepresentingmechanicalproperties，globalandlocalmechanicalpropertiesofthebridgeareinvestigated，SOastoprovidesomereferencesandrecommendationstoitsdesignandco

8、nstruction．RelyingontheLichuanBridgeunderconstructioninDongguan，bymeansoftheoreticalstudyandparameteranalysisbasedonthefiniteelementmodel，threeaspectsincludingstaticperforma