【博士】CFRP与钢组合斜拉索设计理论研究【2009】

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内容简介

　　学科专业：桥梁与隧道工程　　授予学位：博士　　学位授予单位：同济大学土木工程学院　　学位年度： 2009年　　近几年随着桥梁跨越海峡的需求，其跨度不断增大，而深水中悬索桥锚锭难以施工，大跨度斜拉桥便成为此环境中普遍接受的优选方案。但是采用钢作为材料的超长索自重大、垂度效应明显、承载效率低、等效刚度小的劣势却制约了斜拉桥跨径的进一步发展。碳纤维增强非金属聚合物复合材料(CFI冲)虽然具有轻质、高强、耐腐蚀的特点，但是其较低的弹性模量却对大跨径斜拉桥整体刚度存在较大负面影响，导致CFRP材料优越性能无法充分发挥。其次CFRP材料价格昂贵也使其不宜应用于常规跨径斜拉桥中。　　基于钢斜拉索、CFRP斜拉索适用跨径的研究结果，两种材料斜拉索均不适用于现阶段研究热点1400～2800m主跨的斜拉桥。本文针对该跨径提出一种新型结构方案-CFRP与钢组合拉索斜拉桥方案，该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中，将CFRP材料高强轻质及钢弹性模量高的优点进行组合，以充分提高斜拉索的等效刚度，进而提高斜拉桥的整体刚度。　　本文所做主要工作及研究成果包括：　　1．从静力方面对斜拉索关键力学参数进行解析解形式的理论推导，并详细介绍斜拉桥数值模拟方法。　　2．通过参数分析，得到钢斜拉索与CFRP斜拉索的力学性能并确定各自适用跨径。分析表明斜拉索等效刚度是大跨径斜拉索的关键力学参数，也是判断斜拉索适用跨径的关键力学指标。　　3．提出三种组合斜拉索设计原则，等安全系数等效刚度最优、等安全系数等效刚度性价比最优、等造价等效刚度最优，并分别确定详细的设计步骤。　　4．针对主跨为1400m的斜拉桥按三种设计原则分别进行组合拉索斜拉桥试设计，证明了该方案是1400～2800m主跨斜拉桥中的优选方案之一。　　5．分析组合拉索斜拉桥经济性能并确定影响其经济性能的设计因素，该研究结果也是该桥型经济性能设计的理论基础。　　基于本文研究结果，证明这种新型组合拉索斜拉桥无论是力学还是经济方面均是未来大跨径跨海工程的优选方案之一。　　

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