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本書以沈陽市富民橋?yàn)楣こ瘫尘�，對該橋梁特殊結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了理論分析，并利用現(xiàn)代有限元數(shù)值方法和模型試驗(yàn)方法，對單索面PC折塔斜拉橋的主要部位力學(xué)特性進(jìn)行了分析研究。通過有限元數(shù)值分析和模型試驗(yàn)研究，對混凝土折線塔錨固區(qū)、主塔折角、斜拉索索力、主梁應(yīng)力等關(guān)鍵部位的力學(xué)特性進(jìn)行了研究，并對單索面PC折塔斜拉橋的動力特性進(jìn)行了分析。本書概念清晰、語言流暢、圖文并茂，有較高的學(xué)術(shù)價(jià)值及類型工程指導(dǎo)意義。

本書可為橋梁專業(yè)研究人員及高校教師提供一定的借鑒，也可供相關(guān)工程技術(shù)人員參考使用。

單索面預(yù)應(yīng)力混凝土折塔斜拉橋是一種新型的斜拉橋結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)新穎、造型獨(dú)特，具有良好的景觀效果。沈陽市富民橋是世界上第一座也是迄今為止唯一一座預(yù)應(yīng)力混凝土折線塔單索面斜拉橋，其與直塔斜拉橋和斜塔斜拉橋相比，結(jié)構(gòu)的受力和施工方法發(fā)生了很大的變化。斜拉橋的主塔主要承受斜拉索傳遞的巨大軸力，同時(shí)承受一定不平衡荷載下的彎矩。但對于折線塔斜拉橋來說，由于主塔存在折角，在主塔軸線發(fā)生變化的折角處，巨大的軸向力傳遞方向發(fā)生了變化，因此折角處將產(chǎn)生一較大水平向拉力，導(dǎo)致折線塔塔壁產(chǎn)生面外彎曲，因此國外已建折線塔斜拉橋均采用鋼塔來解決折角處的應(yīng)力集中等問題。

本書以沈陽市富民橋?yàn)楣こ瘫尘�，對該橋梁特殊結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行了理論分析，并利用現(xiàn)代有限元數(shù)值方法和模型試驗(yàn)方法，對混凝土折線塔斜拉橋的主要力學(xué)特性進(jìn)行了分析研究。具體研究內(nèi)容如下。

本書從分析混凝土折線塔的受力特點(diǎn)出發(fā)，通過有限元數(shù)值分析和模型試驗(yàn)研究，對混凝土折線塔錨固區(qū)、主塔折角等關(guān)鍵部位的力學(xué)特性進(jìn)行了分析研究。對國內(nèi)外常見斜拉橋合理成橋索力和合理施工索力的優(yōu)化方法進(jìn)行了分析研究，比較了各種優(yōu)化方法的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)折線塔斜拉橋的靜力平衡特征，給出預(yù)應(yīng)力混凝土折線塔斜拉橋主要構(gòu)件尺寸的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步采用最小彎曲能量法并結(jié)合假載法及內(nèi)力平衡法來確定混凝土折線塔斜拉橋合理成橋索力。充分考慮到混凝土折線塔施工階段的受力特點(diǎn)，確定主塔的澆筑順序，采用最小二乘法對全橋進(jìn)行正裝迭代計(jì)算確定拉索初張力。

提出在壓彎荷載作用下，單索面斜拉橋主梁截面受力復(fù)雜、主梁截面剪力滯系數(shù)與彎矩和軸力的比值有關(guān)。對比模型試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)值計(jì)算結(jié)果，提出了施工階段張拉索力時(shí)，拉索張拉區(qū)域剪力滯效應(yīng)明顯、遠(yuǎn)離拉索作用點(diǎn)過渡為普通彎曲箱梁腹板與翼緣交界處剪力滯突出的特點(diǎn)，施加掛籃荷載時(shí)，主梁截面產(chǎn)生負(fù)剪力滯效應(yīng)。通過數(shù)值分析，確認(rèn)了單索面斜拉橋施工階段平面分析中，采用現(xiàn)行橋梁規(guī)范有效翼緣寬度取值來考慮主梁剪力滯效應(yīng)的方法存在一定的問題，提出了應(yīng)對不同位置的梁段采用不同的剪力滯系數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。

分別采用反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法，對同等跨徑下的預(yù)應(yīng)力混凝土直塔斜拉橋和預(yù)應(yīng)力混凝土折線塔斜拉橋在支承體系和不對稱體系下的抗震性能進(jìn)行了分析研究。分析結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)力混凝土直塔斜拉橋和預(yù)應(yīng)力混凝土折線塔斜拉橋動力特性基本吻合，主塔造型的改變對斜拉橋的動力特性的影響比較小。不對稱體系頻率計(jì)算值普遍高于支承體系，不對稱體系斜拉橋整體剛度大于支承體系，兩種體系在地震荷載作用下，塔頂位移和梁端位移相差不大，因此，采用不對稱體系可以省去其中一個(gè)主塔下造價(jià)昂貴的大噸位支座，并且有利于橋梁的日后維修養(yǎng)護(hù)工作。

本書共分為六章，其中第1章～第5章由李艷鳳撰寫，第6章由王福春撰寫。全書概念清晰、語言流暢、圖文并茂，便于讀者對專業(yè)知識的掌握和理解。

本書在著寫過程中，得到很多同行的支持和幫助，并提出了許多寶貴意見，作者在此一并致謝。

限于作者的水平以及時(shí)間倉促，書中難免有不當(dāng)之處，敬請廣大讀者批評指正。

著者

2019年6月

第1章緒論　　1

1.1　概述　　　　/ 2

1.1.1　混凝土斜拉橋的發(fā)展概況　　　　/ 2

1.1.2　折線塔斜拉橋的發(fā)展概況　　　　/ 3

1.2　斜拉橋主要力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀　　　　/ 7

1.2.1　斜拉橋主塔力學(xué)特性研究現(xiàn)狀　　　　/ 7

1.2.2　斜拉橋索力研究現(xiàn)狀　　　　/ 8

1.2.3　斜拉橋主梁研究現(xiàn)狀　　　　/ 8

1.2.4　斜拉橋抗震性能研究現(xiàn)狀　　　　/ 11

1.3　單索面PC折塔斜拉橋主要力學(xué)特性的研究現(xiàn)狀　　　　/ 12

1.4　本書研究的目的及意義　　　　/ 13

1.5　本書主要研究內(nèi)容　　　　/ 14

第2章單索面PC折塔斜拉橋力學(xué)特性的模型試驗(yàn)研究　　16

2.1　模型設(shè)計(jì)及制作　　　　/ 17

2.1.1　模型的設(shè)計(jì)　　　　/ 17

2.1.2　模型制作及安裝　　　　/ 20

2.1.3　恒載補(bǔ)償　　　　/ 21

2.2　模型試驗(yàn)的內(nèi)容　　　　/ 21

2.2.1　試驗(yàn)荷載工況及測試內(nèi)容　　　　/ 21

2.2.2　測試系統(tǒng)及測點(diǎn)布置　　　　/ 22

2.2.3　測試儀器　　　　/ 22

2.3　模型試驗(yàn)結(jié)果　　　　/ 23

2.3.1　施工階段試驗(yàn)結(jié)果　　　　/ 24

2.3.2　成橋階段試驗(yàn)結(jié)果　　　　/ 32

2.4　試驗(yàn)結(jié)果分析　　　　/ 35

2.4.1　施工階段試驗(yàn)結(jié)果分析　　　　/ 35

2.4.2　成橋階段試驗(yàn)結(jié)果分析　　　　/ 37

2.5　本章小結(jié)　　　　/ 38

第3章單索面PC折塔斜拉橋主塔力學(xué)特性的研究　　40

3.1　單索面PC折塔斜拉橋主塔受力特點(diǎn)及構(gòu)造設(shè)計(jì)　　　　/ 41

3.1.1　單索面PC折塔斜拉橋主塔的受力特點(diǎn)　　　　/ 41

3.1.2　主塔斷面形式及斜拉索錨固區(qū)的構(gòu)造設(shè)計(jì)　　　　/ 42

3.2　主塔拉索錨固區(qū)應(yīng)力分析有限元基本理論　　　　/ 44

3.2.1　鋼筋混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系　　　　/ 44

3.2.2　混凝土的破壞模型　　　　/ 46

3.2.3　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有限元模型的選擇　　　　/ 47

3.3　單索面PC折塔斜拉橋主塔錨固區(qū)有限元分析及結(jié)果比較分析　　　　/ 49

3.3.1　錨固區(qū)節(jié)段數(shù)值計(jì)算模型　　　　/ 50

3.3.2　節(jié)段模型試驗(yàn)　　　　/ 51

3.3.3　拉索錨固區(qū)有限元計(jì)算及模型試驗(yàn)結(jié)果分析　　　　/ 55

3.4　單索面PC折塔斜拉橋主塔整體空間有限元分析　　　　/ 59

3.4.1　空間有限元計(jì)算模型的建立　　　　/ 59

3.4.2　主塔整體空間有限元計(jì)算結(jié)果分析　　　　/ 62

3.5　本章小結(jié)　　　　/ 65

第4章　單索面PC折塔斜拉橋索力確定的研究　67

4.1　斜拉橋成橋恒載索力的優(yōu)化方法　　　　/ 68

4.1.1　指定受力狀態(tài)的索力優(yōu)化方法　　　　/ 68

4.1.2　斜拉索力的無約束優(yōu)化方法　　　　/ 69

4.1.3　斜拉索力的有約束優(yōu)化方法　　　　/ 70

4.2　斜拉橋合理施工狀態(tài)斜拉索初張力的確定方法　　　　/ 71

4.2.1　倒拆法　　　　/ 71

4.2.2　正裝-倒拆迭代法　　　　/ 72

4.2.3　正裝迭代法　　　　/ 72

4.3　單索面PC折塔斜拉橋成橋恒載索力確定的研究　　　　/ 72

4.3.1　單索面PC折塔斜拉橋成橋恒載狀態(tài)靜力平衡特征分析　　　　/ 73

4.3.2　單索面PC折塔斜拉橋成橋恒載索力的確定方法　　　　/ 77

4.4　單索面PC 折塔斜拉橋合理施工狀態(tài)斜拉索初張力的確定方法　　　　/ 82

4.4.1　單索面PC折塔斜拉橋施工階段初張力的確定原則　　　　/ 83

4.4.2　單索面PC折塔斜拉橋施工流程的確定　　　　/ 84

4.4.3　單索面PC折塔斜拉橋施工階段受力狀態(tài)仿真計(jì)算　　　　/ 85

4.5　本章小結(jié)　　　　/ 90

第5章單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)的研究　　91

5.1　單索面PC折塔斜拉橋有限元分析模型　　　　/ 92

5.1.1　主梁的模擬　　　　/ 92

5.1.2　拉索的模擬　　　　/ 94

5.1.3　主塔的模擬　　　　/ 94

5.2　單索面PC折塔斜拉橋有限元分析模型的建立　　　　/ 95

5.2.1　主要材料及力學(xué)指標(biāo)　　　　/ 95

5.2.2　有限元模型的假定　　　　/ 95

5.2.3　有限元分析模型的建立　　　　/ 96

5.3　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)分布規(guī)律　　　　/ 96

5.3.1　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯系數(shù)討論　　　　/ 96

5.3.2　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)沿縱橋向有限元分析　　　　/ 98

5.3.3　單索面PC折塔斜拉橋主梁剪力滯效應(yīng)沿縱橋向變化規(guī)律　　　　/ 108

5.4　本章小結(jié)　　　　/ 111

第6章單索面PC折塔斜拉橋抗震性能研究　　112

6.1　動力特性分析　　　　/ 114

6.1.1　動力分析模型的建立　　　　/ 114

6.1.2　動力特性結(jié)果及分析　　　　/ 115

6.2　地震響應(yīng)反應(yīng)譜分析　　　　/ 117

6.2.1　反應(yīng)譜方法及其原理　　　　/ 117

6.2.2　反應(yīng)譜抗震分析　　　　/ 120

6.2.3　反應(yīng)譜內(nèi)力響應(yīng)結(jié)果及分析　　　　/ 122

6.3　地震響應(yīng)時(shí)程分析　　　　/ 125

6.3.1　動力方程的建立　　　　/ 125

6.3.2　增量動力平衡方程及其求解方法　　　　/ 127

6.3.3　地震動輸入與調(diào)整　　　　/ 128

6.3.4　富民橋動態(tài)時(shí)程分析　　　　/ 132

6.4　本章小結(jié)　　　　/ 141

主要參考文獻(xiàn)　　143

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