【摘 要】
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随着我国经济的发展,我国铁路线路在西南地区建造得越来越多,为跨越西部山区的险峻环境,对于铁路桥梁的跨径有了进一步增大的需求,大跨度铁路悬索桥的相关研究及实际设计建造也开始出现。悬索桥是一种柔性结构,而列车运行对一般桥梁结构的刚度要求较高,因此需要研究如何能使大跨度铁路悬索桥满足铁路线路运行需求。本文以西部山区某铁路悬索桥设计方案为例,研究不同结构设计参数对桥梁刚度的影响,并提出两种提高大跨度铁路悬
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随着我国经济的发展,我国铁路线路在西南地区建造得越来越多,为跨越西部山区的险峻环境,对于铁路桥梁的跨径有了进一步增大的需求,大跨度铁路悬索桥的相关研究及实际设计建造也开始出现。悬索桥是一种柔性结构,而列车运行对一般桥梁结构的刚度要求较高,因此需要研究如何能使大跨度铁路悬索桥满足铁路线路运行需求。本文以西部山区某铁路悬索桥设计方案为例,研究不同结构设计参数对桥梁刚度的影响,并提出两种提高大跨度铁路悬索桥刚度的方法,对此两种方法进行静、动力计算,讨论不同的设置参数、不同的桥塔方案对刚度的影响,论文主要工作和结论如下:(1)根据对部分规范和大跨度铁路桥梁刚度相关研究的总结与分析,本文从我国铁路线路运行需求出发提出了适用于大跨度铁路悬索桥的刚度限值标准。(2)基于BNLAS桥梁非线性分析软件进行建模计算,研究不同结构设计参数在不同荷载工况下对结构刚度的影响。结论指出:减小主缆矢跨比会降低结构竖向刚度,而略微增大横向刚度,但同随之增大的主缆截面相比效果得不偿失;设置加劲梁外伸跨将有效提高结构的部分竖向、横向刚度指标,且外伸跨长度的变化会较大影响结构支座的不利受力状态;增大加劲梁高跨比可全面提高结构竖向刚度指标,但会导致结构竖向支座受力的不利;增大加劲梁宽跨比可全面提高结构横向刚度指标,且结构横向支座的变化水平不大。(3)设置了主缆斜拉索、加劲梁横向加劲索两种索结构以分析此两种措施能否提高大跨度铁路悬索桥竖向、横向及纵向刚度。通过调整索结构参数,分析不同设置方案对结构刚度提升效率的影响。结论指出:设置主缆斜拉索可带来部分相当于增大加劲梁梁高带来的竖向刚度提升,且能减小加劲梁梁端位移及梁端位移速度;斜拉索在主缆上的锚点位于中跨1/8处效果最好,增大斜拉索截面会略微增大刚度提高效果,并减小斜拉索在行车过程中的应力幅;设置加劲梁横向索可带来相当于增大加劲梁梁宽带来的横向刚度提升;横向索在加劲梁上锚点位于中跨1/4处、与加劲梁夹角45°时提升刚度效果最好。(4)对上述设置了斜拉索、横向索的结构方案,以及将混凝土桥塔替换成钢桥塔的结构方案进行自振特性计算,并与之将原方案对比。根据设计反应谱拟合出三条人工地震波,对上述结构方案进行非线性时程分析。结论指出:设置斜拉索、横向索会对结构整体刚度有所提升,体现在结构的基频以及同振型状态频率的增大;设置斜拉索、横向索后对于结构刚度的提升会降低相应方向上的位移响应,而对桥塔的受力的不利影响十分有限;将混凝土桥塔换成钢桥塔后,桥塔的纵向、横向动力受力均有极大的改善,塔底内力减小幅度为75%~90%,斜拉索、横向索的动轴力也有一定程度的降低,相对应的位移响应则有所增加。
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