长大斜拉桥结构的体系与参数及减震控制研究

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近年来,现代斜拉桥的跨径和联长不断被刷新。苏通大桥的建成通车和嘉绍大桥的修建等,使我国在长大斜拉桥建设方面达到世界领先水平。然而,在飞速发展的背后,必须清醒的认识到,长大斜拉桥的建设仍然存在着一些问题有待商榷,虽然针对它的研究已经取得了一些成果,但总的来说,目前相关研究资料还比较匮乏,因此仍值得进一步研究。  本文以苏通大桥、嘉绍大桥等长大斜拉桥工程方案为切入点进行研究,以长大斜拉桥结构体系及关键技术问题为研究主线,比较深入地开展了以下几个方面的研究工作:  (1)以主跨1088m、1308m、1500m的斜拉桥方案为例,通过对比结构在不同的塔梁及墩梁连接方式下的力学行为,研究了千米级斜拉桥纵向结构体系和横向结构体系。  从研究结果来看,对于千米级斜拉桥,其纵向结构体系不应采用“塔梁固接”体系,“单曲面球型减隔震支座”和“单曲面球型减隔震支座+弹性连接”体系也不是理想的纵向结构体系;最优方案为“全漂浮+粘滞阻尼器”体系,但同时要结合静力作用下梁端位移及结构受力考虑是否要设置必要的限位或锁定装置;“弹性连接”体系的整体效果较“粘滞阻尼器”体系稍差,但仍可用于千米级斜拉桥的纵向结构体系中。  全限位体系和“滑动支座”体系均不是理想的横向结构体系,“滑动支座+弹性挡块”体系和“滑动支座+粘滞阻尼器”体系比较适合千米级斜拉桥,综合其构造、维护及成本等因素分析,“滑动支座+弹性挡块”体系还是不错的选择。  (2)以嘉绍大桥方案为例,对多塔长大斜拉桥进行了结构体系研究,由于无法解决温度效应,飘浮或半漂浮体系对多塔长大斜拉桥并不是最佳的选择。结合常规多塔斜拉桥的结构体系,对6塔和5塔长大斜拉桥的受力进行了研究。从研究结果看,对偶数个多塔长大斜拉桥,中跨设刚性铰且纵向双排竖向支承是其最优的纵向结构体系。而对于多塔长大斜拉桥,中塔墩塔梁固结、塔间设辅助索、纵向弹性约束均难以有效解决主塔温度效应过大的问题;边塔塔梁固结(墩梁释放)体系和中跨设刚性铰体系可以有效地减小边塔温度效应,但降低了结构的总体刚度,加大了斜拉索应力幅。  (3)通过对主跨1088m、1308m、1500m不同关键结构参数的斜拉桥进行试设计,进行了千米级斜拉桥结构关键参数的静力及抗震分析,研究了结构关键参数对千米级斜拉桥静力力学行为、动力特性及地震响应的影响,揭示了这些参数对千米级斜拉桥的影响规律,并对其影响规律进行总结,以便今后设计者在千米级斜拉桥设计中对各项关键设计参数的总体把握。  (4)在长大斜拉桥的纵向地震响应控制中,大行程板式铅阻尼器的减震效果明显。只要阻尼器的相关参数选择恰当(主要是屈服力),铅阻尼器在变形控制和内力控制方面均可以发挥较好的作用。考虑到板式铅阻尼器构造简单,成本低,后期维护方便,大行程板式铅阻尼器在长大斜拉桥减震控制中具有较好地应用前景。另外,复合式金属型阻尼器(MAB)在长大斜拉桥的纵向地震响应控制中也具有较好的减震效果。而且由于存在第三刚度,该阻尼器在位移控制方面更具有优势。  (5)本文以苏通大桥、嘉绍大桥、杭州湾大桥的组合结构索塔锚固方案为例,对钢锚箱式索塔锚固进行了研究。通过对钢锚箱式索塔锚固区受力分析方法的研究,揭示了各方法的优缺点;并对锚固区受力及是否需要设置环向预应力等进行了研究。  最后对本文主要研究工作进行了总结,并对后续工作进行了展望。  
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