多种支承体系三塔悬索桥静力性能参数分析与地震响应

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随着交通运输行业发展,对桥梁跨越能力的要求越来越高,在传统两塔悬索桥难以满足需求的同时,大跨度三塔悬索桥逐渐得到人们的重视,在我国江河流域陆续修建了多座大跨度三塔悬索桥。相比结构简单的传统两塔结构,三塔悬索桥由于多了中塔和主跨,其结构特性发生了改变,想要三塔悬索桥得到广泛的应用和推广,必须对其力学性能进行详细的研究分析。悬索桥的特点是其几何非线性强,需要对其主缆精确的找形。本文使用基于分段悬链线理论的悬索桥几何非线性专业分析软件Bnlas建立简支、漂浮、铰接、固结四种加劲梁支承体系的三塔悬索桥的有限元静力和动力模型,研究了四种加劲梁支承体系三塔悬索桥静力性能和抗震性能的不同,分析了主跨跨度、垂跨比、边主跨比、中塔与边塔高度差、中塔刚度、边塔刚度、加劲梁刚度、加劲梁恒载集度这些参数对主缆轴力、中塔主缆安全性能、加劲梁内力、加劲梁位移、结构横向性能这些性能的影响,总结了规律。研究表明:加劲梁的支承方式会显著影响外荷载的作用效果,主要影响加劲梁的内力、中主缆的抗滑安全性能,会与部分结构参数发生相互作用,影响结构力学性能;主跨跨度的增大会导致主缆成桥轴力、主缆活载轴力和加劲梁横、竖向挠度的显著增长;垂跨比减小会使主缆成桥轴力、主缆活载轴力、加劲梁竖向挠度、中塔主缆抗滑安全系数显著增加,加劲梁所受约束越强,对中塔主缆抗滑安全性能的增幅越大;边主跨比仅对三塔悬索桥的边跨性能有影响且幅度较小。中塔与边塔的高度差增大,加劲梁挠跨比随之增大,但中塔主缆安全性能提升更多。中塔刚度的增大会大幅度降低加劲梁挠跨比和中塔主缆抗滑安全性能,中塔刚度越大,加劲梁支承形式对中塔主缆抗滑安全性能的影响越小。边塔刚度对三塔悬索桥力学性能的影响很小,可以不作考虑。加劲梁的刚度对加劲梁横向、竖向挠度和弯矩有巨大影响,加劲梁竖向刚度越大,支承体系对中塔主缆抗滑安全性能的贡献越明显。增大加劲梁恒载集度会导致主缆的轴力显著增大,但也会显著降低主缆、加劲梁的活载内力,显著降低加劲梁横、竖向变形。加劲梁受到的约束越强,三塔悬索桥结构的基本周期越短。漂浮体系三塔悬索桥的纵向抗震性能最好,简支体系纵向抗震性能最差,但是漂浮体系桥塔和加劲梁的地震响应位移最大。连续体系的横向抗震性能最好,中塔底的地震响应内力小于简支体系。竖向地震与水平地震进行组合,对地震响应内力影响极小。
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