超大跨徑CFRP主纜懸索橋合理結構體系研究.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用奠定理論基礎。從靜力性能和抗風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，并從抗風角度對其結構體系和加勁梁斷面形式進行優(yōu)化研究，主要的研究內容如下：
　　 首先，介紹了本文研究過程中所涉及到的抗風理論，并基于ANSYS的APDL語言編制了非線性靜風穩(wěn)定性分析程序NASAS(Nonlinear

2、 Aerostatic Stability AnalysisSystem)，應用 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、復模態(tài)法以及分步分析法的異同。從靜力角度和風靜動力穩(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主纜懸索橋抗風性能的結構措施。所考慮的常規(guī)懸索橋設計參數(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、橋塔剛度和結構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，分析采用各結構體系后，超大跨徑

4、CFRP主纜懸索橋的橫向、豎向以及扭轉剛度有何變化。并就輔助拉索或剛性輔助構件在各纜索體系上的設置位置進行研究，繪制了橫彎基頻、豎彎基頻以及扭轉基頻隨輔助拉索或剛性輔助構件設置位置的影響線，從而在對結構體系改變較小并且經濟適用的前提下，提出提高各結構體系剛度的方法。
　　 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動機理。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理。四種氣動措施包括：分離式雙箱的分離間距、風嘴形狀、導流板的設置情況和分流板的寬度。分析結果表明：四種氣動措施均對分離式雙箱斷面的顫振性能產生一定影響，其中，分離雙箱間距和風嘴形狀對分離雙箱斷面的顫振性能影響較大。分

6、離雙箱間距和導流板距斷面的設置高度均存在最優(yōu)值；分離式雙箱斷面的顫振臨界風速并不會隨風嘴角度減小而單調遞增，而是隨著風嘴角度減小而先提高后降低，存在最優(yōu)風嘴角度；設置寬度較小的分流板可提高分離雙箱斷面的顫振臨界風速，但提高幅度有限，設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，其顫振臨界風速遠低于未設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)懸索橋設計參數(shù)對其抗風性能有一定影響，但是效率較低，改變纜索體