學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程
授予學(xué)位：工學(xué)碩士
學(xué)位授予單位：xx大學(xué)
學(xué)位年度： 2008年
纜索是懸索橋的主要承載構(gòu)件，其剛度和線形計(jì)算是設(shè)計(jì)巾的關(guān)鍵問題。本義探討了求解索纜靜力問題的解析方法和數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)懸索水平剛度和豎向剛度進(jìn)行了推導(dǎo)，并分別就平面纜索懸索橋和空間纜索懸索橋研究了成橋狀態(tài)下和空纜狀態(tài)下主纜線形的計(jì)算方法，根據(jù)相應(yīng)的算法編制了纜索線形計(jì)算的程序。具體內(nèi)容概括如下：
1．纜索分析的基本理論和數(shù)值計(jì)算方法
整理了索微分平衡方程，懸索在沿跨長(zhǎng)的均稚衍載及沿纜長(zhǎng)均布荷載作用下的索形，及計(jì)算懸索在任意荷載作用下線形的“簡(jiǎn)支梁彎矩比擬法”等前入研究成果。另外為了解決復(fù)雜懸索問題，引入拉格郎日坐標(biāo)下考慮懸索彈性伸長(zhǎng)的懸鏈線解，采用“分段懸鏈線”數(shù)值迭代算法計(jì)算懸索的兩類常見問題，并編程實(shí)現(xiàn)。
2．懸索橋纜索系統(tǒng)的剛度
在研究主纜水平剛度中，結(jié)合算例探討了水_甲剛度中重力剛度與彈性剛度的關(guān)系。計(jì)算推導(dǎo)了使得斜索水平剛度最大化的傾角公式�；谀茳�?cè)�，研究纜索的豎向剛度。分別推導(dǎo)豎向集中力荷載和豎向均布荷載作用下，纜索水平拉力增量和纜索豎向撓度的計(jì)算公式。給出了反映纜索抵抗豎向荷載的重力剛度的解析表達(dá)式。
3．懸索橋主纜線形的計(jì)算
探討鞍座的分類及構(gòu)造，以及I}I于采用不同鞍座類型所形成的各類懸索橋邊跨結(jié)構(gòu)。根據(jù)分離計(jì)算法計(jì)算成橋狀態(tài)的主纜線形及索鞍鞍槽縱向曲線。即假定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度下成橋狀態(tài)索鞍兩側(cè)主纜離合點(diǎn)順延懸鏈線的交點(diǎn)為理論頂點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)的主纜理論頂點(diǎn)計(jì)算成橋狀態(tài)下的主纜線形，再確定鞍座位置并精確計(jì)算索鞍鞍槽的縱向曲線。另外根據(jù)綜合計(jì)算法計(jì)算主纜線形和鞍座位置，即假定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)溫度下成橋狀態(tài)索鞍兩側(cè)主纜離合點(diǎn)切線的交點(diǎn)為理論頂點(diǎn)，采用迭代逼近的辦法實(shí)現(xiàn)該算法。最后以南京六合百果橋?yàn)樗憷謩e采用以上兩種算法實(shí)現(xiàn)了主纜線形和鞍座位置的計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明分離計(jì)算法和統(tǒng)一計(jì)算法的計(jì)算結(jié)果相差很小，都可以應(yīng)用于成橋狀態(tài)F主纜線形和鞍座位置的計(jì)算。
空纜狀態(tài)即懸索橋主纜剛架設(shè)后的階段。該階段塔頂鞍座假定可以自由滑動(dòng)，通過迭代計(jì)算求解出一組鞍座偏移量，使得主纜在各鞍座處滿足平衡條件。施工過程中的計(jì)算考慮鞍座與主塔臨時(shí)連接，在校核塔頂鞍座平衡條件時(shí)計(jì)入了塔的剛度。另外本文在線形計(jì)算中還可以考慮溫度影響。最后，以南京六合百果橋?yàn)樗憷?jì)算了空纜狀態(tài)、空纜狀態(tài)下升溫10"(2以及某一施丁工況下的主纜線形。
空間纜索懸索橋的主纜和吊索形成了一個(gè)三維的索系。在計(jì)算成橋狀態(tài)的纜索線形和鞍座時(shí)采用分離計(jì)算法。首先計(jì)算空問纜索主纜線形，然后計(jì)算塔頂鞍庫的位置和鞍槽空間曲線�？绽|狀態(tài)計(jì)算中，根據(jù)無應(yīng)力索長(zhǎng)不變的原則，求得一組鞍座預(yù)偏量，使得鞍座兩側(cè)的主纜滿足鞍座平衡條件。最后以南京長(zhǎng)江橋隧工程右漢橋梁為工程背景，計(jì)算該空間纜索懸索橋的成橋狀態(tài)和空纜狀態(tài)。
根據(jù)本文研究的相關(guān)算法，編制了Matlab數(shù)值計(jì)算程序，可以分別實(shí)現(xiàn)對(duì)平面纜索懸索橋和空間纜索懸索橋成橋狀態(tài)、空纜狀態(tài)以及施工過程中纜索線形的計(jì)算。計(jì)算中還可以根據(jù)實(shí)際情況，考慮塔梁的壓縮變形和溫度變化對(duì)纜索線形的影響。
