拱桥斜拉扣挂施工中的扣索索力优化研究

论文摘要

拱桥是最古老的基本桥型之一,具有外形雄伟壮观、跨越能力大、承载能力高等优点。近10年来,随着我国大跨度拱桥的建设已经积累了丰富的设计和施工经验。无论是静力、动力特性的理论研究方面,还是在设计和施工方面,人们对新兴起的大跨度钢管混凝土拱桥和大跨度钢箱拱桥的研究已非常成熟和完善。自从斜拉扣挂施工在邕宁邕江大桥运用以来,研究者便开展了斜拉扣挂阶段的关键技术研究,特别是扣挂阶段的索力计算问题和线形控制问题开展了大量的研究工作,尽管其中的很多研究成果也指导了桥梁的施工,但随着钢绞线在斜拉扣挂中作为斜拉扣索的使用,客观上要求对斜拉扣索的索力计算更加准确。鉴于此我们通过对斜拉扣挂施工过程的详尽描述,然后在此基础上对这一过程中已提出的重要理论进行了研究,以期在这个过程中提出更为准确的斜拉扣索索力计算方法。本文旨在探讨如何更好的实现斜拉扣挂阶段的仿真分析,从而提高斜拉扣索的索力计算精度。论文对斜拉扣挂施工在拱桥中的运用做了系统的介绍,其次对斜拉扣挂施工系统组成和施工过程进行了总结,然后对研究斜拉扣挂阶段的一些主要的理论进行了分析总结。通过对前进算法和迭代算法的研究提出了基于几何线形变换的迭代方法,以实际工程为依托对斜拉扣挂中扣索的索力进行了优化分析。对扣塔偏位和温差效应对线形控制的影响进行了数值分析计算,分析认为应该进行严格的扣塔偏位控制,非线性温差对线形的影响较大且难于掌控。研究成果成功应用于奎阁渠江大桥的现场监控工作,效果良好。本论文中提出的基于几何线形变换的迭代方法,实现了斜拉扣挂过程的仿真模拟,这为拱桥在斜拉扣挂过程的分析提供了很好的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 斜拉扣挂施工概述
• 1.2 斜拉扣挂施工的发展及特点
• 1.3 斜拉扣挂施工在拱桥建设中的运用
• 1.3.1 斜拉扣挂施工在钢拱桥建设中的运用
• 1.3.2 斜拉扣挂施工在钢筋混凝土箱型拱桥建设中的运用
• 1.3.3 斜拉扣挂施工在钢管混凝土拱桥建设中的运用
• 1.4 现有斜拉扣挂阶段索力分析方法及其存在的问题
• 1.5 本文研究的意义及主要研究内容
• 第二章 拱桥斜拉扣挂施工系统构成与施工过程
• 2.1 概述
• 2.2 拱桥斜拉扣挂施工系统组成
• 2.3 拱桥斜拉扣挂施工过程
• 2.4 奎阁渠江大桥斜拉扣挂施工的设计
• 2.4.1 缆索吊装系统
• 2.4.2 斜拉扣挂系统
• 2.4.3 塔架系统
• 2.5 奎阁渠江大桥斜拉扣挂施工流程
• 2.6 本章小结
• 第三章 斜拉扣挂施工过程模拟分析基本理论
• 3.1 斜拉扣挂过程概述
• 3.2 斜拉扣挂过程的非线性效应
• 3.2.1 斜拉扣挂过程的非线性描述
• 3.2.2 斜拉扣挂过程中几何非线性分析的有限元方法
• 3.3 斜拉扣索模拟
• 3.3.1 考虑其垂度效应的斜拉扣索的模拟方法
• 3.3.2 两结点空间悬链线索元切线刚度矩阵
• 3.4 扣挂过程模拟思路
• 3.4.1 扣挂过程模拟的两种算法
• 3.4.2 基于前进算法的优化迭代理论
• 3.5 本章小结
• 第四章 斜拉扣挂过程仿真分析及索力优化
• 4.1 概述
• 4.2 仿真计算模型的建立
• 4.2.1 空间坐标的设置
• 4.2.2 模型单元的选取
• 4.2.3 边界条件与荷载条件的处理
• 4.3 控制目标的设定
• 4.4 迭代计算中几何变换方法的提出
• 4.5 斜拉扣挂过程仿真及索力优化计算
• 4.5.1 分析流程
• 4.5.2 初始扣索索力计算
• 4.5.3 扣索索力的优化计算
• 4.5.4 本文优化算法与未知荷载系数法计算结果的对比
• 4.6 斜拉扣挂过程线形控制主要影响因素分析
• 4.6.1 预抬量与索力偏差对线形控制的影响
• 4.6.2 温度对线形控制的影响
• 4.6.3 扣塔偏位对线形控制的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 奎阁渠江大桥主拱斜拉扣挂过程分析与实践
• 5.1 奎阁渠江大桥扣挂阶段数值模型的建立
• 5.1.1 材料参数
• 5.1.2 有限元模型
• 5.2 斜拉扣挂阶段模拟分析
• 5.2.1 施工阶段划分
• 5.2.2 施工阶段斜拉扣索索力计算
• 5.2.3 斜拉扣挂阶段控制点高程变化计算
• 5.2.4 斜拉扣挂阶段典型状态下的结构内力或应力
• 5.3 奎阁渠江大桥的实测数据与理论数据的比对分析
• 5.3.1 位移实测值
• 5.3.2 斜拉扣索索力实测值
• 5.3.3 应力实测值
• 5.4 引起误差的影响因素分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果