超大跨徑CFRP主纜懸索橋合理結(jié)構(gòu)體系研究.pdf

1、本文的研究目的在于為CFRP(Carbon Fibre Reinforced Plastic)在超大跨徑懸索橋中的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。從靜力性能和抗風(fēng)性能兩方面研究了采用CFRP做超大跨徑懸索橋主纜帶來的優(yōu)勢與問題，并從抗風(fēng)角度對其結(jié)構(gòu)體系和加勁梁斷面形式進(jìn)行優(yōu)化研究，主要的研究內(nèi)容如下：
　　 首先，介紹了本文研究過程中所涉及到的抗風(fēng)理論，并基于ANSYS的APDL語言編制了非線性靜風(fēng)穩(wěn)定性分析程序NASAS(Nonlinear

2、 Aerostatic Stability AnalysisSystem)，應(yīng)用 Visual Fortran編程語言編制了二維耦合顫振分步分析法計算程序SBSA(Step-By-Step Analysis)。采用經(jīng)典平板算例驗證了SBSA程序，并分析了常用的三種二維顫振分析方法-半逆解法、復(fù)模態(tài)法以及分步分析法的異同。從靜力角度和風(fēng)靜動力穩(wěn)定性兩方面全面對比了超大跨徑鋼主纜懸索橋和超大跨徑CFRP主纜懸索橋，從而明確采用CFRP做超大

3、跨徑懸索橋主纜帶來的優(yōu)勢與問題。
　　 然后，從常規(guī)懸索橋設(shè)計參數(shù)、纜索體系兩方面研究了一系列改善超大跨徑CFRP主纜懸索橋抗風(fēng)性能的結(jié)構(gòu)措施。所考慮的常規(guī)懸索橋設(shè)計參數(shù)有矢跨比、主纜安全系數(shù)、主纜彈性模量、加勁梁約束體系、恒載集度、橋塔剛度和結(jié)構(gòu)形式以及吊索面積和彈性模量。在懸索橋纜索體系的研究中，主要研究了交叉吊索體系、剛吊架體系、空間纜索體系、狄辛格斜拉-懸吊協(xié)作體系以及三主纜體系的動力特性，分析采用各結(jié)構(gòu)體系后，超大跨徑

4、CFRP主纜懸索橋的橫向、豎向以及扭轉(zhuǎn)剛度有何變化。并就輔助拉索或剛性輔助構(gòu)件在各纜索體系上的設(shè)置位置進(jìn)行研究，繪制了橫彎基頻、豎彎基頻以及扭轉(zhuǎn)基頻隨輔助拉索或剛性輔助構(gòu)件設(shè)置位置的影響線，從而在對結(jié)構(gòu)體系改變較小并且經(jīng)濟(jì)適用的前提下，提出提高各結(jié)構(gòu)體系剛度的方法。
　　 最后，從加勁梁氣動外形入手，改善超大跨徑CFRP主纜懸索橋顫振穩(wěn)定性。首先基于二維顫振的分步分析法，應(yīng)用自行編制程序SBSA，分析了氣動外形差異較大的閉口箱梁

5、斷面、分離式雙箱斷面、分離式三箱斷面和橢圓形斷面的顫振穩(wěn)定性，并深入研究了各斷面的顫振驅(qū)動機(jī)理。再以分離式雙箱斷面為研究對象，考慮了四種改變其氣動外形的措施，分析這四種氣動措施對其顫振穩(wěn)定性有何影響，以及各氣動措施的影響機(jī)理。四種氣動措施包括：分離式雙箱的分離間距、風(fēng)嘴形狀、導(dǎo)流板的設(shè)置情況和分流板的寬度。分析結(jié)果表明：四種氣動措施均對分離式雙箱斷面的顫振性能產(chǎn)生一定影響，其中，分離雙箱間距和風(fēng)嘴形狀對分離雙箱斷面的顫振性能影響較大。分

6、離雙箱間距和導(dǎo)流板距斷面的設(shè)置高度均存在最優(yōu)值；分離式雙箱斷面的顫振臨界風(fēng)速并不會隨風(fēng)嘴角度減小而單調(diào)遞增，而是隨著風(fēng)嘴角度減小而先提高后降低，存在最優(yōu)風(fēng)嘴角度；設(shè)置寬度較小的分流板可提高分離雙箱斷面的顫振臨界風(fēng)速，但提高幅度有限，設(shè)置較寬的分流板反而會使分離雙箱斷面的顫振穩(wěn)定性變差，其顫振臨界風(fēng)速遠(yuǎn)低于未設(shè)置分流板的分離雙箱斷面。
　　 通過本文的研究發(fā)現(xiàn)，改變常規(guī)懸索橋設(shè)計參數(shù)對其抗風(fēng)性能有一定影響，但是效率較低，改變纜索體