【博士】CFRP與鋼組合斜拉索設(shè)計理論研究【2009】

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內(nèi)容簡介

　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院　　學(xué)位年度： 2009年　　近幾年隨著橋梁跨越海峽的需求，其跨度不斷增大，而深水中懸索橋錨錠難以施工，大跨度斜拉橋便成為此環(huán)境中普遍接受的優(yōu)選方案。但是采用鋼作為材料的超長索自重大、垂度效應(yīng)明顯、承載效率低、等效剛度小的劣勢卻制約了斜拉橋跨徑的進(jìn)一步發(fā)展。碳纖維增強(qiáng)非金屬聚合物復(fù)合材料(CFI沖)雖然具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐腐蝕的特點，但是其較低的彈性模量卻對大跨徑斜拉橋整體剛度存在較大負(fù)面影響，導(dǎo)致CFRP材料優(yōu)越性能無法充分發(fā)揮。其次CFRP材料價格昂貴也使其不宜應(yīng)用于常規(guī)跨徑斜拉橋中?！　』阡撔崩?、CFRP斜拉索適用跨徑的研究結(jié)果，兩種材料斜拉索均不適用于現(xiàn)階段研究熱點1400～2800m主跨的斜拉橋。本文針對該跨徑提出一種新型結(jié)構(gòu)方案-CFRP與鋼組合拉索斜拉橋方案，該方案將CFRP斜拉索與傳統(tǒng)鋼斜拉索同時應(yīng)用于斜拉橋中，將CFRP材料高強(qiáng)輕質(zhì)及鋼彈性模量高的優(yōu)點進(jìn)行組合，以充分提高斜拉索的等效剛度，進(jìn)而提高斜拉橋的整體剛度。　　本文所做主要工作及研究成果包括：　　1．從靜力方面對斜拉索關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)進(jìn)行解析解形式的理論推導(dǎo)，并詳細(xì)介紹斜拉橋數(shù)值模擬方法?！　?．通過參數(shù)分析，得到鋼斜拉索與CFRP斜拉索的力學(xué)性能并確定各自適用跨徑。分析表明斜拉索等效剛度是大跨徑斜拉索的關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)，也是判斷斜拉索適用跨徑的關(guān)鍵力學(xué)指標(biāo)。　　3．提出三種組合斜拉索設(shè)計原則，等安全系數(shù)等效剛度最優(yōu)、等安全系數(shù)等效剛度性價比最優(yōu)、等造價等效剛度最優(yōu)，并分別確定詳細(xì)的設(shè)計步驟?！　?．針對主跨為1400m的斜拉橋按三種設(shè)計原則分別進(jìn)行組合拉索斜拉橋試設(shè)計，證明了該方案是1400～2800m主跨斜拉橋中的優(yōu)選方案之一。　　5．分析組合拉索斜拉橋經(jīng)濟(jì)性能并確定影響其經(jīng)濟(jì)性能的設(shè)計因素，該研究結(jié)果也是該橋型經(jīng)濟(jì)性能設(shè)計的理論基礎(chǔ)?！　』诒疚难芯拷Y(jié)果，證明這種新型組合拉索斜拉橋無論是力學(xué)還是經(jīng)濟(jì)方面均是未來大跨徑跨海工程的優(yōu)選方案之一。　　

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