自锚式吊拉组合索桥是一种新型的结构,目前该桥型国内外还比较少,它不仅节省了大的锚碇,而且造型优美、适应性强。自锚式吊拉组合索桥,无论是施工方面还是在成桥后的受力方面,与一般的桥梁都有很大的区别,存在自身的特点。本文结合工程实际,在自锚式吊拉组合索桥的静力性能、动力特性、抗震以及抗风等方面进行了研究探讨,具体工作如下: (1)基于有限位移理论,全面考虑了几何非线性因素对自锚式吊拉组合索桥的非线性影响,对一座跨径133m的自锚式吊拉组合索桥的静力行为进行了详尽分析,发现跨径100m左右的自锚式吊拉组合索桥成桥后近似满足线性理论,非线性因素的影响可以忽略不计;与平面索面的自锚式吊拉组合索桥相比,空间索面会使结构的竖向刚度降低,增大了荷载下的变形;而倾斜吊索则比垂直吊索更有利于结构刚度的提高;加劲梁由于初始压力的存在,其刚度降低,加劲梁的混凝土收缩徐变对结构内力和变形影响较大;温度荷载也会对结构内力和变形产生较大的影响。 (2)基于有限元原理,建立星海湾1号桥的空间动力计算模型,通过改变其桥面的恒载集度、加劲梁刚度、塔柱刚度、缆索刚度、加劲梁的拱度等参数,对其自振特性进行详尽分析,研究结果表明加劲梁刚度的变化总体来说对自锚式吊拉组合索桥的刚度影响不大,而缆索刚度的变化对自锚式吊拉组合索桥的刚度影响则比较大,从而我们可以看出,在自锚式吊拉组合索桥,特别是大跨径的自锚式吊拉组合索桥中,加劲梁的刚度对结构的整体刚度影响不大,主要起到传递桥面荷载和自重的作用。 (3)在自振特性分析的基础上,通过反应谱法和时程分析法计算了自锚式吊拉组合索桥的抗震反应。计算结果表明自锚式吊拉组合索桥在P2概率水准下的结构反应约为P1概率水准下的2倍。纵向振动与横向振动基本不耦合;竖向振动与横向振动也基本不耦合。由于地震动的随机性,三个方向的地震波可能同时作用,在抗震设计时不但要考虑水平地震作用,而且还要考虑竖向地震作用,应进行地震荷载的组合。从组合后的结构反应峰值结果可以看出,竖向地震分量占有很大的比例,在某些情况下甚至起控制作用,因此不能忽略。地震时程分析得到的结果比反应谱法的到的结果要大很多,有些工况下甚至达到2倍多,因而在自锚式吊拉组合索桥的抗震分析中不应仅采用反应谱法计算,而应将反应谱法和时程法结合来考虑抗震问题。 (4)根据《公路桥梁抗风设计指南》,介绍了自锚式吊拉组合索桥的抗风设计内容,并在此基础上通过一组相近加劲梁的风洞静力三分力系数,对星海湾1号桥的静风稳定性进行了详尽的分析,讨论了影响其静风稳定性的影响因素。结果表明与平面索面自锚式吊拉组合索桥比较,空间索面有利于提高结构的静风稳定性;随着宽跨比的增大,自锚式吊拉组合索桥的静风稳定性有所升高;桥面荷载的存在对自锚式吊拉组合索桥的抗风是有利的。最后经过计算得出大连市星海湾1号桥的动力稳定性一般满足要求,但是需要进行颤振分析和节段模型风洞试验。