考虑颤振及静力刚度约束的悬索桥优化设计研究

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1、万方数据硕士学位论文1绪论续表1—1序号建成年代(年)桥名跨径(m)主粱国家81999江阴长沙大桥1385钢箱梁中国91997香港青马大桥1377钢桁梁中国一101964VerrazanoNarrows桥1298钢桁梁美国111937GoldenGate桥1280钢桁粱美国122007阳逻长江大桥1280钢箱梁中国131997HoganKusten桥1210钢箱粱瑞典142012矮寨特大悬索桥桥1176钢桁粱中国151957Mackinac1158钢桁粱美国162008黄埔珠江大桥1108钢箱梁中国

2、171988南各赞桥1100钢桁梁日本181988Bosporus二桥1090钢箱梁土耳其192009贵州坝陵河大桥1088钢桁梁中国202012江苏泰州长江大桥1080钢箱梁中国212013马鞍山长江大桥1080钢箱梁中国221973Bosporus一桥1074钢箱梁土耳其231931GeorgeWashington桥1067钢桁梁美国241999采岛--．轿1030钢箱梁日本251999来岛二桥1020钢箱梁日本261966Tagus桥lOl3钢桁梁匍甸才271964ForthRoad桥1006

3、钢桁梁英国1．2悬索桥结构体系悬索桥按主缆的锚固方式可分为地锚式悬索桥和自锚式悬索桥，按悬吊方式可分为双链式悬索桥和斜拉——悬吊混合形式悬索桥，按悬吊跨数可分为单跨式和多跨式，单跨式和三跨式是最常见跨径布置选择。一般三跨悬索桥的加劲梁在塔柱处是不连续的，而是主跨和边跨分别简支在塔柱横梁上，称为三跨双铰加劲梁。单跨悬索桥一般均为双铰式，悬臂式较少见，如图1．113J。限于本文的研究内容，仅对单跨双铰简支悬素桥作简要介绍。为了配合道路接线，大桥边跨可能位于路线曲线段，这时悬索桥选型一般采用单跨式。又或者

4、在山区，就经济性来说，边跨更适合采用桥墩支承，这时单跨式悬素桥也适用。在结构特性方面，单跨式悬索桥主缆长度相对于其他形式悬索桥要小，并且边跨主缆的垂度也较小，这对于控制跨中挠度十分有利。双铰式加劲梁的布置在受力上较合理，加劲梁的弯矩比较小，对桥塔基础不均匀沉降的适应性也比较好。双铰式加劲粱布置中，在立面内，加劲梁两端是用吊杆或摆柱作其支承。这样处理，使梁在支承处的竖向位移被制止，而支承面在立面内可自由转动，形成铰支承。另外，因上述竖向支承是在梁的左、右两侧都有，所以梁绕其纵轴的扭转被限制，而支点的纵

5、向位移并不受妨碍。万方数据硕士学位论文1绪论总之，这样设计的加劲梁主跨就是一悬浮体系。双铰加劲梁主跨平纵联的梁端连接设计中，若主跨是扁平实腹箱梁，其桥面板就起到平纵联传递横向风力剪力的作甩，边跨加劲梁与塔的衔接，可照主跨处理。边跨加劲梁靠岸端的衔接，一般是做成其平纵联在桥轴的纵向位移被制止，而成固定端。三跨双铰单跨双铰q兰匹霉蜂三跨全部悬吊有双铰加挈多／]卧仅中跨悬吊有双铰搬劲粱带伸出跨的单跨1呤妻茎嚣茎荔嘉宝粱V匡匹粤峰三跨悬吊连续的加劲梁图1—1加劲梁的支承体系悬索桥的加劲梁常用的结构类型为：钢

6、桁架梁和扁平流线型闭合截面箱梁，如图1—2所示f4】【51。世界上早期修建的悬索桥，不论跨径长短，均采用钢桁架梁式加劲梁，个别中小跨径悬索桥也有采用钢板梁的。塔科马大桥采用下承式钢板加劲梁，在其风毁后，大跨度悬索桥的设计多采用阻风面积小的钢桁梁型式，只在小跨悬索桥设计中才采用钢板梁和钢箱梁及混凝土箱梁等型式。长期的理论研究和风洞试验使人们意识到通过增大加劲梁刚度来提高悬索桥的气动稳定性，效率不高且耗材增多。而流线型扁平箱梁抗扭刚度大，抗风性能好，且比桁梁的构造简单，节省钢料，易于制造和养护。塞文(S

7、evern)河桥的建成使用也证明了这一点。船∞O⋯～⋯——⋯一----——-·-··-一(a)矮寨悬索桥钢桁梁结构型式图万方数据硕士学位论文1绪论(b)马鞍山长江公路大桥钢箱梁结构型式图图1—2常用加劲梁结构型式图1．3悬索桥抗风设计地球被一层厚达1000km的大气所环绕。太阳对地球大气的加热不均匀，造成大气中热力与动力现象的时空不均匀性【6】，使空气产生竖向对流和水平流动，这是风产生的根本原因。由于地球表面的地形起伏和各种障碍物的影响，靠近地面的风(简称近地风)的流动会发生紊乱。近地风的特性是进行

8、结构物抗风设计与检算的基本依据。风灾是全球最常见和最严重的自然灾害之一，年复一年地给我们人类社会带来巨大的生命和财产损失，造成大量工程结构的损伤和破坏，严重影响了我们的经济和社会活动。20世纪后50年国际十大自然灾害统计结果表明，风灾发生的次数最多，约占总次数的51％：风灾致死人数最多，约占41％；风灾造成的经济损失最大，约占40％。2005年世界十大自然灾害中风灾就有2次，其中美国“卡特里娜”飓风袭卷美国南部，死亡人数达到1836人，直接经济损失高达两千亿美元以上。