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本書以沈陽市富民橋為工程背景，對該橋梁特殊結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點進行了理論分析，并利用現(xiàn)代有限元數(shù)值方法和模型試驗方法，對單索面PC折塔斜拉橋的主要部位力學(xué)特性進行了分析研究。通過有限元數(shù)值分析和模型試驗研究，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)特性進行了研究，并對單索面PC折塔斜拉橋的動力特性進行了分析。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為工程背景，對該橋梁特殊結(jié)構(gòu)的力學(xué)特點進行了理論分析，并利用現(xiàn)代有限元數(shù)值方法和模型試驗方法，對混凝土折線塔斜拉橋的主要力學(xué)特性進行了分析研究。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出發(fā)，通過有限元數(shù)值分析和模型試驗研究，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)化方法進行了分析研究，比較了各種優(yōu)化方法的優(yōu)缺點。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)計方法，進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，確定主塔的澆筑順序，采用最小二乘法對全橋進行正裝迭代計算確定拉索初張力。

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)。對比模型試驗結(jié)果及數(shù)值計算結(jié)果，提出了施工階段張拉索力時，拉索張拉區(qū)域剪力滯效應(yīng)明顯、遠離拉索作用點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，施加掛籃荷載時，主梁截面產(chǎn)生負剪力滯效應(yīng)。通過數(shù)值分析，確認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)進行結(jié)構(gòu)分析。

分別采用反應(yīng)譜法和時程分析法，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主塔下造價昂貴的大噸位支座，并且有利于橋梁的日后維修養(yǎng)護工作。

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)特性的模型試驗研究　　16

2.1　模型設(shè)計及制作　　　　/ 17

2.1.1　模型的設(shè)計　　　　/ 17

2.1.2　模型制作及安裝　　　　/ 20

2.1.3　恒載補償　　　　/ 21

2.2　模型試驗的內(nèi)容　　　　/ 21

2.2.1　試驗荷載工況及測試內(nèi)容　　　　/ 21

2.2.2　測試系統(tǒng)及測點布置　　　　/ 22

2.2.3　測試儀器　　　　/ 22

2.3　模型試驗結(jié)果　　　　/ 23

2.3.1　施工階段試驗結(jié)果　　　　/ 24

2.3.2　成橋階段試驗結(jié)果　　　　/ 32

2.4　試驗結(jié)果分析　　　　/ 35

2.4.1　施工階段試驗結(jié)果分析　　　　/ 35

2.4.2　成橋階段試驗結(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及構(gòu)造設(shè)計　　　　/ 41

3.1.1　單索面PC折塔斜拉橋主塔的受力特點　　　　/ 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　　　　/ 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)值計算模型　　　　/ 50

3.3.2　節(jié)段模型試驗　　　　/ 51

3.3.3　拉索錨固區(qū)有限元計算及模型試驗結(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　空間有限元計算模型的建立　　　　/ 59

3.4.2　主塔整體空間有限元計算結(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　　　　/ 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)時程分析　　　　/ 132

6.4　本章小結(jié)　　　　/ 141

主要參考文獻　　143

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