单索面PC折塔斜拉桥关键部位力学特性研究

第1章 绪论　1

1.1　概述　/ 2

1.1.1　混凝土斜拉桥的发展概况　/ 2

1.1.2　折线塔斜拉桥的发展概况　/ 3

1.2　斜拉桥主要力学特性的研究现状　/ 7

1.2.1　斜拉桥主塔力学特性研究现状　/ 7

1.2.2　斜拉桥索力研究现状　/ 8

1.2.3　斜拉桥主梁研究现状　/ 8

1.2.4　斜拉桥抗震性能研究现状　/ 11

1.3　单索面PC折塔斜拉桥主要力学特性的研究现状　/ 12

1.4　本书研究的目的及意义　/ 13

1.5　本书主要研究内容　/ 14

第2章 单索面PC折塔斜拉桥力学特性的模型试验研究　16

2.1　模型设计及制作　/ 17

2.1.1　模型的设计　/ 17

2.1.2　模型制作及安装　/ 20

2.1.3　恒载补偿　/ 21

2.2　模型试验的内容　/ 21

2.2.1　试验荷载工况及测试内容　/ 21

2.2.2　测试系统及测点布置　/ 22

2.2.3　测试仪器　/ 22

2.3　模型试验结果　/ 23

2.3.1　施工阶段试验结果　/ 24

2.3.2　成桥阶段试验结果　/ 32

2.4　试验结果分析　/ 35

2.4.1　施工阶段试验结果分析　/ 35

2.4.2　成桥阶段试验结果分析　/ 37

2.5　本章小结　/ 38

第3章 单索面PC折塔斜拉桥主塔力学特性的研究　40

3.1　单索面PC折塔斜拉桥主塔受力特点及构造设计　/ 41

3.1.1　单索面PC折塔斜拉桥主塔的受力特点　/ 41

3.1.2　主塔断面形式及斜拉索锚固区的构造设计　/ 42

3.2　主塔拉索锚固区应力分析有限元基本理论　/ 44

3.2.1　钢筋混凝土材料的本构关系　/ 44

3.2.2　混凝土的破坏模型　/ 46

3.2.3　钢筋混凝土结构有限元模型的选择　/ 47

3.3　单索面PC折塔斜拉桥主塔锚固区有限元分析及结果比较分析　/ 49

3.3.1　锚固区节段数值计算模型　/ 50

3.3.2　节段模型试验　/ 51

3.3.3　拉索锚固区有限元计算及模型试验结果分析　/ 55

3.4　单索面PC折塔斜拉桥主塔整体空间有限元分析　/ 59

3.4.1　空间有限元计算模型的建立　/ 59

3.4.2　主塔整体空间有限元计算结果分析　/ 62

3.5　本章小结　/ 65

第4章　单索面PC折塔斜拉桥索力确定的研究　67

4.1　斜拉桥成桥恒载索力的优化方法　/ 68

4.1.1　指定受力状态的索力优化方法　/ 68

4.1.2　斜拉索力的无约束优化方法　/ 69

4.1.3　斜拉索力的有约束优化方法　/ 70

4.2　斜拉桥合理施工状态斜拉索初张力的确定方法　/ 71

4.2.1　倒拆法　/ 71

4.2.2　正装-倒拆迭代法　/ 72

4.2.3　正装迭代法　/ 72

4.3　单索面PC折塔斜拉桥成桥恒载索力确定的研究　/ 72

4.3.1　单索面PC折塔斜拉桥成桥恒载状态静力平衡特征分析　/ 73

4.3.2　单索面PC折塔斜拉桥成桥恒载索力的确定方法　/ 77

4.4　单索面PC 折塔斜拉桥合理施工状态斜拉索初张力的确定方法　/ 82

4.4.1　单索面PC折塔斜拉桥施工阶段初张力的确定原则　/ 83

4.4.2　单索面PC折塔斜拉桥施工流程的确定　/ 84

4.4.3　单索面PC折塔斜拉桥施工阶段受力状态仿真计算　/ 85

4.5　本章小结　/ 90

第5章 单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应的研究　91

5.1　单索面PC折塔斜拉桥有限元分析模型　/ 92

5.1.1　主梁的模拟　/ 92

5.1.2　拉索的模拟　/ 94

5.1.3　主塔的模拟　/ 94

5.2　单索面PC折塔斜拉桥有限元分析模型的建立　/ 95

5.2.1　主要材料及力学指标　/ 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　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应分布规律　/ 96

5.3.1　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞系数讨论　/ 96

5.3.2　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应沿纵桥向有限元分析　/ 98

5.3.3　单索面PC折塔斜拉桥主梁剪力滞效应沿纵桥向变化规律　/ 108

5.4　本章小结　/ 111

第6章 单索面PC折塔斜拉桥抗震性能研究　112

6.1　动力特性分析　/ 114

6.1.1　动力分析模型的建立　/ 114

6.1.2　动力特性结果及分析　/ 115

6.2　地震响应反应谱分析　/ 117

6.2.1　反应谱方法及其原理　/ 117

6.2.2　反应谱抗震分析　/ 120

6.2.3　反应谱内力响应结果及分析　/ 122

6.3　地震响应时程分析　/ 125

6.3.1　动力方程的建立　/ 125

6.3.2　增量动力平衡方程及其求解方法　/ 127

6.3.3　地震动输入与调整　/ 128

6.3.4　富民桥动态时程分析　/ 132

6.4　本章小结　/ 141

主要参考文献　143 2100433B

本书以沈阳市富民桥为工程背景，对该桥梁特殊结构的力学特点进行了理论分析，并利用现代有限元数值方法和模型试验方法，对单索面PC折塔斜拉桥的主要部位力学特性进行了分析研究。通过有限元数值分析和模型试验研究，对混凝土折线塔锚固区、主塔折角、斜拉索索力、主梁应力等关键部位的力学特性进行了研究，并对单索面PC折塔斜拉桥的动力特性进行了分析。本书概念清晰、语言流畅、图文并茂，有较高的学术价值及类型工程指导意义。

本书可为桥梁专业研究人员及高校教师提供一定的借鉴，也可供相关工程技术人员参考使用。

目前认为漂浮体系斜拉桥自振周期长，在地震作用下，主塔的内力响应比相同条件下铰接体系斜拉桥小，但纵向位移响应要比铰接体系斜拉桥大。要使地震作用下斜拉桥的内力响应小，就要付出较大位移为代价，反之亦然，这种认识是不尽全面、不够准确的。 为此，本项目在研究重心高度对不同结构体系斜拉桥地震响应特性影响的基础上，提出了低重心斜拉桥概念。从地震作用下斜拉桥惯性力传递路径入手，提出飘浮体系、固定铰接体系斜拉桥的双质点简化计算分析模型，利用刚度法和Rayleigh能量法分别推导了两种体系纵向一阶频率简化计算公式。根据不同体系斜拉桥纵向一阶振动频率计算公式，建立了低重心斜拉桥判断准则。并结合已建10座斜拉桥实例，验证了本文提出的斜拉桥纵向一阶自振周期简化计算公式和低重心斜拉桥的评价准则具有良好的稳定性，可用于斜拉桥的初步设计和方案比选，其误差在可接受的范围。利用摩擦自锁原理研发以地震动加速度激活的大吨位安全带连接装置和锁死销装置，建立了安全带和锁死销的单元本构模型。提出一种新型低重心斜拉桥抗震结构体系——安全带连接体系。以某斜拉桥为依托工程设计了4个1:25的斜拉桥振动台实验模型，分别进行了漂浮体系斜拉桥振动台实验、固定铰接体系斜拉桥振动台实验、安全带连接体系斜拉桥振动台实验和低重心斜拉桥纵向“人字形”塔振动台实验。通过模型实验和数值模拟研究了低重心斜拉桥的破坏特征和破坏机理。探讨了安全带连接体系低重心斜拉桥地震响应特性和减震机理，提出了斜拉桥安全带连接体系设计注意事项。本项目的研究不仅具有较强的理论意义，且具有较好的实际应用价值。该项目已经发表SCI论文3篇，EI论文15篇，EI期刊录用待发表论文2篇，EI/ISTP会议论文3篇，核心期刊论文8篇，获批发明专利6项。 2100433B

目前研究认为要使地震作用下斜拉桥的内力响应小，就要付出较大位移为代价，反之亦然，这种认识是不尽全面、不够准确的。为此，研究重心高度对不同结构体系斜拉桥地震响应特性的影响，提出低重心斜拉桥概念。建立飘浮体系斜拉桥纵向一阶振动频率双质点反向摆式简化模型和纵向固定铰接结构体系斜拉桥纵向一阶振动频率的双质点简化计算模型，推导纵向一阶振动频率计算公式，进而提出低重心斜拉桥判断准则，研究低重心斜拉桥地震响应特性和破坏机理。利用摩擦自锁原理研发以地震动加速度激活的大吨位安全带连接装置，建立其单元本构模型。提出一种新型低重心斜拉桥抗震结构体系- - 安全带连接体系，在此基础上，分析安全带连接体系低重心斜拉桥地震响应特性和减震机理；研究重心高度对不同结构体系斜拉桥地震破坏机理及损伤模式影响，并进行相应的振动台模型实验。该项目的研究不仅具有较强的理论意义，且具有较好的实际应用价值。

PC/ABS具有PC和ABS两者的综合特性。例如ABS的易加工特性和PC的优良机械特性和热稳定性。二者的比率将影响PC/ABS材料的热稳定性。PC/ABS这种混合材料还显示了优异的流动特性。