由于具有超強(qiáng)的跨越能力和出色的自身優(yōu)點(diǎn)，斜拉橋日益向大跨度方向邁進(jìn)，中國(guó)蘇通長(zhǎng)江公路大橋是世界跨徑最大的斜拉橋，其主跨己達(dá)到1088 mo大跨徑斜拉橋結(jié)構(gòu)若采用單一的混凝土梁或鋼梁，邊跨墩頂都會(huì)產(chǎn)生負(fù)反力，且塔頂和主跨會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的偏移及撓度，因此產(chǎn)生了混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)，邊跨混凝土主梁不但起到壓重、增加全橋整體剛度及直接參與受力的作用，而且能顯著降低工程造價(jià)。同時(shí)為適應(yīng)水文、地質(zhì)、地形(包括水底地形)等條件，斜拉橋索塔的高度有時(shí)建造得不一致，還給人錯(cuò)落有致的映象，能增加橋梁的動(dòng)感和美學(xué)特色，但這樣也會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性。顯然地，大跨度高低塔混合梁斜拉橋的靜、動(dòng)力特性會(huì)更加復(fù)雜。
本論文結(jié)合荊岳長(zhǎng)江公路大橋這一大跨度高低塔混合梁斜拉橋，使用MIDAS/CIVIL軟件建立全橋的初始空間有限元模型，利用成橋靜力和動(dòng)力荷載試驗(yàn)對(duì)該有限元模型進(jìn)行驗(yàn)證和必要的修正，使其為結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供運(yùn)營(yíng)階段的預(yù)警閩值。論文的具體研究工作包括以下三個(gè)方面:
(1)針對(duì)大跨度混合梁斜拉橋的顯著的非線性效應(yīng)，首先介紹了對(duì)大跨度混合梁斜拉橋進(jìn)行非線性分析時(shí)需注意的問(wèn)題及模型應(yīng)滿足的要求，以及介紹了確定斜拉橋合理成橋狀態(tài)的幾種典型方法，包括零位移法、彎曲能量最小法、連續(xù)梁法、影響矩陣法，其中對(duì)最小彎曲能量法和影響矩陣法的基本原理和公式進(jìn)行了重點(diǎn)介紹和推導(dǎo)。遵循前面介紹的建模要求，建立了荊岳長(zhǎng)江大橋的空間有限元模型，采用影響矩陣法，以塔頂水平位移和主梁豎向位移為約束條件，計(jì)算得到了最優(yōu)索力，與荊岳橋設(shè)計(jì)方給出的目標(biāo)索力值相比誤差平均小于5%，從而獲得了荊岳長(zhǎng)江大橋的合理成橋狀態(tài)。
(2)以荊岳長(zhǎng)江大橋通車(chē)前的現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)為基礎(chǔ)，將各個(gè)荷載工況實(shí)測(cè)的主梁變形、部分斜拉索索力及主梁截面應(yīng)力與有限元模型計(jì)算值比較，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值吻合良好，驗(yàn)證了荊岳長(zhǎng)江大橋完整的三維有限元模型可以準(zhǔn)確地反映其在靜荷載作用下的力學(xué)行為，表明初始有限元模型中結(jié)構(gòu)物理參數(shù)和剛度基本上不需修正;接下來(lái)充分利用荊岳橋的全橋動(dòng)力特性試驗(yàn)，通過(guò)實(shí)測(cè)模態(tài)結(jié)果與有限元模態(tài)計(jì)算結(jié)果對(duì)比，對(duì)初始有限元模型的邊界條件參數(shù)進(jìn)行修正，修正后的有限元模型能真實(shí)體現(xiàn)荊岳橋結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，能夠反映荊岳橋在運(yùn)營(yíng)前未有損傷情況下結(jié)構(gòu)的真實(shí)行為，為其長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)和運(yùn)營(yíng)階段狀態(tài)評(píng)估提供可靠的計(jì)算基準(zhǔn)，可作為該橋的基準(zhǔn)有限元模型。
(3)以修正后的荊岳長(zhǎng)江公路大橋有限元模型為基礎(chǔ)，全面施加運(yùn)營(yíng)階段閉值計(jì)算所需的荷載，通過(guò)不同的荷載工況組合，評(píng)估運(yùn)營(yíng)階段的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，表明荊岳橋在運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)處于良好的工作狀態(tài).再以荊岳橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)警報(bào)警系統(tǒng)級(jí)別為基礎(chǔ)，給出結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)典型傳感器測(cè)點(diǎn)的闡值，為其長(zhǎng)期健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了有效的報(bào)警依據(jù)，為更深入研究大跨度混合梁斜拉橋結(jié)構(gòu)損傷識(shí)別提供了參考標(biāo)準(zhǔn)。
