【摘 要】
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本文结合国家自然科学基金重点项目“超大跨度高性能材料缆索承重桥梁结构设计及风致灾变理论与方法”（51938012）的完成,构建了基于活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,RPC）和碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）的主跨1600m双塔双索面全漂浮体系斜拉桥方案,对结构静力性能、整体稳定性和动力性能进行了分析,以
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本文结合国家自然科学基金重点项目“超大跨度高性能材料缆索承重桥梁结构设计及风致灾变理论与方法”（51938012）的完成,构建了基于活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,RPC）和碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP）的主跨1600m双塔双索面全漂浮体系斜拉桥方案,对结构静力性能、整体稳定性和动力性能进行了分析,以探究CFRP拉索、RPC主梁以及RPC索塔应用于超大跨径斜拉桥的可行性。论文完成的主要工作如下:（1）结构方案设计。采用不同材料索-梁-塔的组合,构建了钢拉索+钢主梁+普通混凝土索塔（Steel cable+Steel girder+Normal concrete pylon,SSN）、CFRP拉索+RPC主梁+RPC索塔（CFRP cable+RPC girder+RPC pylon,CRR）和CFRP拉索+钢-RPC混合梁+RPC索塔（CFRP cable+steel-RPC Hybrid girder+RPC cable pylon,CHR）等3种主跨1600m双塔双索面全漂浮体系斜拉桥方案。（2）结构静力响应分析。建立以上三个方案的有限元模型,分析了恒荷载、汽车荷载、温度荷载、极限静阵风荷载以及荷载组合作用下的静力响应。结果表明:CFRP拉索的抗拉比强度约为钢拉索的7倍,使得中跨尾索的等效弹性模量折减不足钢拉索的1/30,CFRP拉索截面的减小可降低约10%的静风荷载效应,结构的抗风性能得以相应提高。采用RPC索塔后,索塔自重可减轻23%,显著改善索塔及基础的受力状况;主梁采用钢-RPC混合梁,可充分发挥RPC优良的抗压性能以及钢材优良的抗拉性能,进一步增大跨径。（3）结构整体稳定性分析。分析了三个方案结构整体稳定性并研究了CHR方案主梁钢-RPC结合面的合理位置。结果表明:三个方案均满足整体弹性屈曲稳定安全系数不小于4的要求;相比于SSN方案,CRR方案RPC索塔刚度大且重量轻,进而索塔的屈曲稳定提高,加之RPC主梁材料的抗压比强度高,CFRP拉索支承刚度大,使得CRR方案结构的屈曲稳定系数得以提高;相较于CRR方案,CHR方案跨中区域采用钢主梁,减轻了主梁自重,使得结构的整体稳定得以进一步加强。当钢-RPC混合梁结合面设置于距离塔根1/4～1/3主跨位置时,结构具有较好的整体稳定性。（4）结构地震响应分析及抗震验算。分别采用反应谱法和时程分析法对三个方案的地震响应进行分析和比较,并对结构的抗震性能进行了评价。结果表明:相比于SSN方案,CRR方案和CHR方案的各阶频率均有所提高;三个方案采用反应谱分析和时程分析法的内力和位移分布情况基本一致,在恒载+地震作用下,三个方案的主梁和索塔均满足抗震要求,结构变形相对值较小,并且CHR方案具有更高的应力储备。
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