自锚式斜拉—悬索协作体系桥作为一种全新的结构体系,兼备自锚式悬索桥和斜拉桥的优点,而又各有不同,结构体系更为复杂,目前该桥型国内外尚无先例。本文结合工程实际,在自锚式斜拉—悬索协作体系桥的静力性能、模型试验和经济性能进行了分析探讨,具体工作和研究结果如下: (1)基于有限元理论,考虑多种非线性因素,对大连跨海大桥主通航孔主跨800m的自锚式混合梁斜拉—悬索协作体系桥的静力行为进行了分析。分析表明:协作体系桥的刚度较接近于斜拉桥,而比悬索桥提高很多。在内力分析中,可知自锚式协作体系的加劲梁轴压力很大,其优点是为运营阶段斜拉区混凝土主梁储备了较大的压应力;缺点是当主梁上下缘压应力超过规范要求时,需要增加主梁截面积;针对该体系可能存在的端吊索疲劳问题,通过交接区增加交叉吊索,设置辅助墩,增大吊索面积,降低吊索恒载轴力等措施有效地降低了端吊索的应力幅,实现对端吊索的疲劳控制;针对交接区可能存在的变形和内力突变问题,由于采用自锚体系,悬索区和斜拉区主梁均为压弯构件,并且设置了交叉吊索,交接区内力也没有间断,其变形也没有太大的突变。 (2)通过全桥模型试验,对自锚式斜拉—悬索协作体系桥的静力性能和动力特性进行了研究,与基于有限元理论的计算结果进行了对比。从理论计算值与模型实测值的比较可以看出,挠度值、应变值以及自振频率的计算值与实测值非常接近,说明模型试验中的各种参数模拟与假定都是正确的,用有限元理论分析协作体系桥是可行的。 (3)推导了缆索承重桥梁的缆索用钢量、塔柱和加劲梁用钢量的简化算法,讨论了主缆矢跨比、边跨与主跨跨度比、索塔高度与主跨比、吊跨比等参数对缆索承重桥梁用钢量的影响,比较了三者的经济性,可知跨径在1000m左右时悬索桥造价最高,斜拉桥最小,协作体系接近与斜拉桥。因此相比于悬索桥,在大连跨海大桥采用自锚式协作体系方案大大降低了工程造价。