單索面PC折塔斜拉橋關(guān)鍵部位力學(xué)特性研究

第1章 緒論　1

1.1　概述　/ 2

1.1.1　混凝土斜拉橋的發(fā)展概況　/ 2

1.1.2　折線塔斜拉橋的發(fā)展概況　/ 3

1.2　斜拉橋主要力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀　/ 7

1.2.1　斜拉橋主塔力學(xué)特性研究現(xiàn)狀　/ 7

1.2.2　斜拉橋索力研究現(xiàn)狀　/ 8

1.2.3　斜拉橋主梁研究現(xiàn)狀　/ 8

1.2.4　斜拉橋抗震性能研究現(xiàn)狀　/ 11

1.3　單索面PC折塔斜拉橋主要力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀　/ 12

1.4　本書研究的目的及意義　/ 13

1.5　本書主要研究?jī)?nèi)容　/ 14

第2章 單索面PC折塔斜拉橋力學(xué)特性的模型試驗(yàn)研究　16

2.1　模型設(shè)計(jì)及制作　/ 17

2.1.1　模型的設(shè)計(jì)　/ 17

2.1.2　模型制作及安裝　/ 20

2.1.3　恒載補(bǔ)償　/ 21

2.2　模型試驗(yàn)的內(nèi)容　/ 21

2.2.1　試驗(yàn)荷載工況及測(cè)試內(nèi)容　/ 21

2.2.2　測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)點(diǎn)布置　/ 22

2.2.3　測(cè)試儀器　/ 22

2.3　模型試驗(yàn)結(jié)果　/ 23

2.3.1　施工階段試驗(yàn)結(jié)果　/ 24

2.3.2　成橋階段試驗(yàn)結(jié)果　/ 32

2.4　試驗(yàn)結(jié)果分析　/ 35

2.4.1　施工階段試驗(yàn)結(jié)果分析　/ 35

2.4.2　成橋階段試驗(yàn)結(jié)果分析　/ 37

2.5　本章小結(jié)　/ 38

第3章 單索面PC折塔斜拉橋主塔力學(xué)特性的研究　40

3.1　單索面PC折塔斜拉橋主塔受力特點(diǎn)及構(gòu)造設(shè)計(jì)　/ 41

3.1.1　單索面PC折塔斜拉橋主塔的受力特點(diǎn)　/ 41

3.1.2　主塔斷面形式及斜拉索錨固區(qū)的構(gòu)造設(shè)計(jì)　/ 42

3.2　主塔拉索錨固區(qū)應(yīng)力分析有限元基本理論　/ 44

3.2.1　鋼筋混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系　/ 44

3.2.2　混凝土的破壞模型　/ 46

3.2.3　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元模型的選擇　/ 47

3.3　單索面PC折塔斜拉橋主塔錨固區(qū)有限元分析及結(jié)果比較分析　/ 49

3.3.1　錨固區(qū)節(jié)段數(shù)值計(jì)算模型　/ 50

3.3.2　節(jié)段模型試驗(yàn)　/ 51

3.3.3　拉索錨固區(qū)有限元計(jì)算及模型試驗(yàn)結(jié)果分析　/ 55

3.4　單索面PC折塔斜拉橋主塔整體空間有限元分析　/ 59

3.4.1　空間有限元計(jì)算模型的建立　/ 59

3.4.2　主塔整體空間有限元計(jì)算結(jié)果分析　/ 62

3.5　本章小結(jié)　/ 65

第4章　單索面PC折塔斜拉橋索力確定的研究　67

4.1　斜拉橋成橋恒載索力的優(yōu)化方法　/ 68

4.1.1　指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化方法　/ 68

4.1.2　斜拉索力的無約束優(yōu)化方法　/ 69

4.1.3　斜拉索力的有約束優(yōu)化方法　/ 70

4.2　斜拉橋合理施工狀態(tài)斜拉索初張力的確定方法　/ 71

4.2.1　倒拆法　/ 71

4.2.2　正裝-倒拆迭代法　/ 72

4.2.3　正裝迭代法　/ 72

4.3　單索面PC折塔斜拉橋成橋恒載索力確定的研究　/ 72

4.3.1　單索面PC折塔斜拉橋成橋恒載狀態(tài)靜力平衡特征分析　/ 73

4.3.2　單索面PC折塔斜拉橋成橋恒載索力的確定方法　/ 77

4.4　單索面PC 折塔斜拉橋合理施工狀態(tài)斜拉索初張力的確定方法　/ 82

4.4.1　單索面PC折塔斜拉橋施工階段初張力的確定原則　/ 83

4.4.2　單索面PC折塔斜拉橋施工流程的確定　/ 84

4.4.3　單索面PC折塔斜拉橋施工階段受力狀態(tài)仿真計(jì)算　/ 85

4.5　本章小結(jié)　/ 90

第5章 單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)的研究　91

5.1　單索面PC折塔斜拉橋有限元分析模型　/ 92

5.1.1　主梁的模擬　/ 92

5.1.2　拉索的模擬　/ 94

5.1.3　主塔的模擬　/ 94

5.2　單索面PC折塔斜拉橋有限元分析模型的建立　/ 95

5.2.1　主要材料及力學(xué)指標(biāo)　/ 95

5.2.2　有限元模型的假定　/ 95

5.2.3　有限元分析模型的建立　/ 96

5.3　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)分布規(guī)律　/ 96

5.3.1　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯系數(shù)討論　/ 96

5.3.2　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)沿縱橋向有限元分析　/ 98

5.3.3　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)沿縱橋向變化規(guī)律　/ 108

5.4　本章小結(jié)　/ 111

第6章 單索面PC折塔斜拉橋抗震性能研究　112

6.1　動(dòng)力特性分析　/ 114

6.1.1　動(dòng)力分析模型的建立　/ 114

6.1.2　動(dòng)力特性結(jié)果及分析　/ 115

6.2　地震響應(yīng)反應(yīng)譜分析　/ 117

6.2.1　反應(yīng)譜方法及其原理　/ 117

6.2.2　反應(yīng)譜抗震分析　/ 120

6.2.3　反應(yīng)譜內(nèi)力響應(yīng)結(jié)果及分析　/ 122

6.3　地震響應(yīng)時(shí)程分析　/ 125

6.3.1　動(dòng)力方程的建立　/ 125

6.3.2　增量動(dòng)力平衡方程及其求解方法　/ 127

6.3.3　地震動(dòng)輸入與調(diào)整　/ 128

6.3.4　富民橋動(dòng)態(tài)時(shí)程分析　/ 132

6.4　本章小結(jié)　/ 141

主要參考文獻(xiàn)　143 2100433B

本書以沈陽市富民橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑢?duì)該橋梁特殊結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了理論分析，并利用現(xiàn)代有限元數(shù)值方法和模型試驗(yàn)方法，對(duì)單索面PC折塔斜拉橋的主要部位力學(xué)特性進(jìn)行了分析研究。通過有限元數(shù)值分析和模型試驗(yàn)研究，對(duì)混凝土折線塔錨固區(qū)、主塔折角、斜拉索索力、主梁應(yīng)力等關(guān)鍵部位的力學(xué)特性進(jìn)行了研究，并對(duì)單索面PC折塔斜拉橋的動(dòng)力特性進(jìn)行了分析。本書概念清晰、語言流暢、圖文并茂，有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值及類型工程指導(dǎo)意義。

本書可為橋梁專業(yè)研究人員及高校教師提供一定的借鑒，也可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考使用。

目前認(rèn)為漂浮體系斜拉橋自振周期長(zhǎng)，在地震作用下，主塔的內(nèi)力響應(yīng)比相同條件下鉸接體系斜拉橋小，但縱向位移響應(yīng)要比鉸接體系斜拉橋大。要使地震作用下斜拉橋的內(nèi)力響應(yīng)小，就要付出較大位移為代價(jià)，反之亦然，這種認(rèn)識(shí)是不盡全面、不夠準(zhǔn)確的。 為此，本項(xiàng)目在研究重心高度對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系斜拉橋地震響應(yīng)特性影響的基礎(chǔ)上，提出了低重心斜拉橋概念。從地震作用下斜拉橋慣性力傳遞路徑入手，提出飄浮體系、固定鉸接體系斜拉橋的雙質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)化計(jì)算分析模型，利用剛度法和Rayleigh能量法分別推導(dǎo)了兩種體系縱向一階頻率簡(jiǎn)化計(jì)算公式。根據(jù)不同體系斜拉橋縱向一階振動(dòng)頻率計(jì)算公式，建立了低重心斜拉橋判斷準(zhǔn)則。并結(jié)合已建10座斜拉橋?qū)嵗?，?yàn)證了本文提出的斜拉橋縱向一階自振周期簡(jiǎn)化計(jì)算公式和低重心斜拉橋的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則具有良好的穩(wěn)定性，可用于斜拉橋的初步設(shè)計(jì)和方案比選，其誤差在可接受的范圍。利用摩擦自鎖原理研發(fā)以地震動(dòng)加速度激活的大噸位安全帶連接裝置和鎖死銷裝置，建立了安全帶和鎖死銷的單元本構(gòu)模型。提出一種新型低重心斜拉橋抗震結(jié)構(gòu)體系——安全帶連接體系。以某斜拉橋?yàn)橐劳泄こ淘O(shè)計(jì)了4個(gè)1:25的斜拉橋振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分別進(jìn)行了漂浮體系斜拉橋振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)、固定鉸接體系斜拉橋振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)、安全帶連接體系斜拉橋振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)和低重心斜拉橋縱向“人字形”塔振動(dòng)臺(tái)實(shí)驗(yàn)。通過模型實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究了低重心斜拉橋的破壞特征和破壞機(jī)理。探討了安全帶連接體系低重心斜拉橋地震響應(yīng)特性和減震機(jī)理，提出了斜拉橋安全帶連接體系設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。本項(xiàng)目的研究不僅具有較強(qiáng)的理論意義，且具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。該項(xiàng)目已經(jīng)發(fā)表SCI論文3篇，EI論文15篇，EI期刊錄用待發(fā)表論文2篇，EI/ISTP會(huì)議論文3篇，核心期刊論文8篇，獲批發(fā)明專利6項(xiàng)。 2100433B

目前研究認(rèn)為要使地震作用下斜拉橋的內(nèi)力響應(yīng)小，就要付出較大位移為代價(jià)，反之亦然，這種認(rèn)識(shí)是不盡全面、不夠準(zhǔn)確的。為此，研究重心高度對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系斜拉橋地震響應(yīng)特性的影響，提出低重心斜拉橋概念。建立飄浮體系斜拉橋縱向一階振動(dòng)頻率雙質(zhì)點(diǎn)反向擺式簡(jiǎn)化模型和縱向固定鉸接結(jié)構(gòu)體系斜拉橋縱向一階振動(dòng)頻率的雙質(zhì)點(diǎn)簡(jiǎn)化計(jì)算模型，推導(dǎo)縱向一階振動(dòng)頻率計(jì)算公式，進(jìn)而提出低重心斜拉橋判斷準(zhǔn)則，研究低重心斜拉橋地震響應(yīng)特性和破壞機(jī)理。利用摩擦自鎖原理研發(fā)以地震動(dòng)加速度激活的大噸位安全帶連接裝置，建立其單元本構(gòu)模型。提出一種新型低重心斜拉橋抗震結(jié)構(gòu)體系- - 安全帶連接體系，在此基礎(chǔ)上，分析安全帶連接體系低重心斜拉橋地震響應(yīng)特性和減震機(jī)理；研究重心高度對(duì)不同結(jié)構(gòu)體系斜拉橋地震破壞機(jī)理及損傷模式影響，并進(jìn)行相應(yīng)的振動(dòng)臺(tái)模型實(shí)驗(yàn)。該項(xiàng)目的研究不僅具有較強(qiáng)的理論意義，且具有較好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

PC/ABS具有PC和ABS兩者的綜合特性。例如ABS的易加工特性和PC的優(yōu)良機(jī)械特性和熱穩(wěn)定性。二者的比率將影響PC/ABS材料的熱穩(wěn)定性。PC/ABS這種混合材料還顯示了優(yōu)異的流動(dòng)特性。