基于重力刚度法的大跨度悬索桥结构静力特性理论分析

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1、分类号U442.5学位代码308密级学校代码10298学号3120209南京林业大学研究生硕士学位论文论文题目：基于重力刚度法的大跨度悬索桥结构静力特性理论分析作者：吴勇专业：桥梁与隧道工程研究方向：桥梁设计理论与技术指导教师：王立彬教授二〇一五年六月致谢本文是在导师王立彬指导下完成的。从论文的选题、研究方案的定制、论文的修改和定稿，无一不倾注着导师大量的心血。值此论文即将付梓之际，向导师致以真诚的谢意。导师在学术上的严谨思维以及睿智大度的处事风格从学识上、人生上都给予学生以极大的启迪，是值得终身收藏的财富。在

2、研究生就读期间，导师以其严谨的治学态度、渊博的专业知识、丰富的实践经验教导我，让我受之不尽，同时还生活上与精神上无微不至的关心我，让我感受到了如同家长般的关怀。在此，谨向导师王立彬教授表示衷心的感谢和诚挚的敬意。感谢师兄花杰、苏冀，师姐汪洋、孙晓红对作者的关心和对论文的指导。感谢郭潇艺、陈广生、侯晓旦、王鸿四位同学给予的各方面的关心。感谢金箔含、虞冬冬在论文写作期间对我的帮助。感谢我的家人给我的鼓励与支持。感谢南京林业大学对我的培养和教育!作者：吴勇二〇一五年四月三日摘要大跨度悬索桥的研究主要依赖有限元方法，依

3、据传统理论进行的理论分析由于其复杂性鲜有出现。因此，本文对大跨度悬索桥进行静力性能的理论分析，减少对有限元方法的依赖，更透彻的理解大跨度悬索桥的静力学特点。本文基于重力刚度法研究大跨度悬索桥的静力性能。首先，针对大跨度单跨悬索桥。本文推导了大跨度单跨悬索桥的静力控制方程，并对方程解的特性进行了分析研究。以此为基础，为了进一步加强单跨悬索桥的跨越能力，引入CFRP材料，分析了CFRP材料作为悬索桥主缆的可行性与优势，并将CFRP主缆悬索桥的静力性能与传统钢主缆悬索桥进行对比分析。同时，综合分析了跨径和矢跨比对单跨

4、悬索桥静力性能的影响。研究表明跨径和矢跨比是影响大跨度悬索桥静力性能的主要设计参数。传统钢主缆超大跨度悬索桥，主缆材料利用率极低，劣势明显。而CFRP主缆超大跨度悬索桥静力性能表现良好，优势明显。故本文认为CFRP会成为未来大跨度单跨悬索桥的主流主缆材料。其次，针对多塔多跨悬索桥。本文推导了多塔多跨悬索桥静力基本方程。在此基础上，以三塔四跨悬索桥为例，推导了三塔四跨悬索桥无量纲挠度计算公式。同时为了提高了无量纲挠度计算公式的计算精度，对计算公式中包含的重要参数α进行了修正。以无量纲挠度计算公式为基础，分析讨论了

5、桥梁各类基本参数对多塔多跨悬索桥静力性能的影响。研究表明钢主缆依然可以在多塔多跨悬索桥领域被使用。多塔多跨悬索桥由于跨数的增加，全桥的挠度也有明显的增加。因此说明与单跨悬索桥不同，多塔多跨悬索桥仅依靠主缆的重力刚度并不能满足静力性能要求，桥塔特别是中塔对多塔多跨悬索桥的静力性能极其重要。最后本文提出了悬索桥静力性能分析的“归一化法”，进一步简化了悬索桥静力性能的分析。通过“归一化法”，多塔多跨悬索桥的静力性能分析可以简化为一个单跨悬索桥静力性能的分析。同时，“归一化法”也能更简单直观的展现悬索桥各构件对全桥静力

6、性能的作用和影响。关键词：大跨度悬索桥；重力刚度；静力性能；刚度组合StaticCharacteristicAnalysisofSuper-spanSuspensionBridgesbygravitystiffnessmethodAbstractTheresearchofsuper-spansuspensionbridgeismostlybasedonfiniteelementmethod.Duetothecomplexity,researchofsuper-spansuspensionbridgeaccord

7、ingtotraditionaltheoryisrelativelylessstudied.Thisthesiswillstudythestaticcharacteristicofsuper-spansuspensionbridgeaccordingtotraditionaltheory,whichcanreducethedependenceonfiniteelementmethod.Andalso,thisthesiscanhelpresearcherstounderstandthestaticcharact

8、eristicofsuper-spansuspensionbridgecompletely.Theresearchmethodofthisthesisisthegravitystiffnessmethod.Firstly,forsinglesuper-spansuspensionbridge,thestaticcontrolequationsarededucedinthisthesis