多塔斜拉桥竖向刚度及超长主梁温度变形研究

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从本世纪开始,虽然多塔斜拉桥这种桥型越来越多的被各国桥梁设计师所使用,但多塔斜拉桥有两个先天存在的问题一直制约其被广泛使用。这两个天生的问题分别是多塔斜拉桥整体竖向刚度偏低和超长主梁受温度作用影响大。本文根据上述问题开展了一系列研究,开展的工作如下:
  (1)本文收集了国内外已建、在建、拟建的80多座常规多塔斜拉桥和采用矮塔形式的多塔斜拉桥的设计资料。根据收集到的资料,统计并分析了资料中桥梁的边中跨比、高跨比、加劲方法、采用的结构体系等参数和信息。
  (2)基于变形协调原理推导了多塔斜拉桥边塔、中塔拉索竖向支承刚度,推导过程中考虑了不同结构体系:塔梁固结、墩塔分离体系、飘浮体系、半漂浮体系、刚构体系,不再简单的认为是墩塔一体;同时也考虑了不同的主梁等效竖向刚度的取值,不再简单的默认主梁在各个跨内简支。
  (3)基于拉索支承刚度公式揭示的规律,提出了一种充分利用边塔刚度和边跨刚度的多塔斜拉桥竖向刚度加劲方法——采用边塔拉索数量多于中塔拉索数量的布置方法。以某三塔斜拉桥为例,建立不同边塔、中塔拉索数量的对比模型发现,边塔拉索数量的增加的同时减少中塔拉索数量可以改善三塔斜拉桥在移动荷载下的主梁竖向位移和中塔偏位以及中塔固结处弯矩值。分析了采用新加劲方法下,边塔刚度和中塔刚度对于多塔斜拉桥整体竖向刚度的影响。
  (4)采用通过改变桥塔抗推刚度的方式对不同体系的四塔矮塔斜拉桥和三塔常规斜拉桥进行了在温度荷载下的结构效应分析。基于变形协调原理推导了不同体系下的边塔计入拉索弹簧作用后的抗推刚度公式,并基于公式对三塔刚构斜拉桥进行了在温度作用下的关键位置的内力及主梁纵向位移优化。最后结合竖向刚度指标和温度效应综合分析了上述不同体系四塔矮塔斜拉桥和常规三塔斜拉桥。
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