论文题目: 混合梁斜拉桥施工控制技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 高荣雄
导师: 彭少民
关键词: 混合梁斜拉桥,成桥恒载索力,施工控制,监测,敏感性分析,灰色预测,非线性分析,结构稳定,钢管混凝土索塔,主梁钢混结合部,空间应力分析
文献来源: 武汉理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 斜拉桥是近代大跨桥梁结构中常用的一种桥型。但由于其超静定次数高,空间效应明显,结构体系受施工进程的影响。如何通过调整斜拉索索力和主梁拼装标高,使结构最终满足设计预定的内力和线形状态,确保结构安全,是一项重要和科技含量很高的工作。国内斜拉桥施工监控技术还处在探索阶段,参数识别、监测技术和控制体系尚待深入研究。本文以蓉湖大桥工程为背景,就混合梁斜拉桥的成桥恒载索力优化、施工监控体系、过程非线性因素影响、结构极限承载力、索塔和主梁结合部的空间应力分析等问题开展研究: 关于索力的优化,是以斜拉桥索塔和梁的最大变位最小为目标,以拉索容许应力为约束条件,采用有限元计算与优化分析相结合的方法来确定斜拉桥的成桥合理恒载索力。通过蓉湖大桥成桥恒载索力的优化结果表明,该方法合理、可行。其次,采用影响矩阵法优化施工调索索力,为“分次张拉、逐步到位”的多次张拉法提供了理论依据。 将灰色系统理论和预测控制理论应用于混合梁斜拉桥,提出了悬臂拼装施工的混合梁斜拉桥施工控制体系。该控制系统是基于混合梁斜拉桥施工过程发展变化的预测控制,用模型参数的不断更新、实际输出对模型的反馈校正以及滚动优化策略,以适应施工过程中系统行为的不断变化、适应环境和噪音的随即干扰,此外,还对模型失配进行即时补偿。工程实践表明,所提出的控制系统具有较强的适应性。 推演了索单元的切线刚度矩阵,建立了斜拉桥施工控制计算的几何非线性模型。在此基础上,分析了几何非线性因素对混合梁斜拉桥施工控制的影响,并指出各非线性因素在斜拉桥不同的阶段其影响程度的差异。 探讨了单塔单索面宽幅斜拉桥的两类稳定问题,根据能量原理,提出了斜拉桥塔柱压杆稳定的简化计算方法,分析了实桥稳定性。 对钢管混凝土索塔空间应力进行了全过程分析和监测。通过应力分析,探索了钢管混凝土索塔各施工阶段的应力变化规律,明确了索塔结构应力集中区域,并总结了钢管混凝土索塔空间结构性能评价的方法;结合蓉湖大桥,对混合梁斜拉桥主梁钢混结合部进行了详细空间应力研究,分析了不同材料、不同部位的应力变化过程,指出了应力集中以及容易出现裂缝的部位。为同类桥梁结构的设计和施工技术水平的提高,以及安全施工和结构改进提供了科学依据。
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 斜拉桥的发展历程与现状
1.2 斜拉桥的分类
1.3 斜拉桥的特点
1.4 斜拉桥的发展趋势与存在的问题
1.5 斜拉桥施工监控
1.5.1 斜拉桥施工监控的目的与意义
1.5.2 斜拉桥施工监控的内容与方法
1.6 本文的研究内容
1.6.1 研究的工程背景
1.6.2 研究的主要内容
第2章 斜拉桥成桥索力及合拢后索力调整方法研究
2.1 斜拉桥理想控制目标及其恒载索力确定方法
2.1.1 斜拉桥理想控制目标
2.1.2 恒载索力确定方法
2.2 各成桥索力确定方法评述
2.3 斜拉桥成桥恒载索力确定方法的探讨
2.3.1 优化目标
2.3.2 优化约束条件
2.3.3 优化方法
2.4 蓉湖大桥成桥索力的确定
2.5 斜拉桥合拢后索力调整的实现
2.6 本章小结
第3章 混合梁斜拉桥施工监控体系研究
3.1 概述
3.2 温边及风载对混合梁斜拉桥施工控制目标影响研究
3.2.1 温度影响
3.2.2 风载影响
3.3 施工参数的敏感性分析
3.3.1 基本原理
3.3.2 分析实施
3.4 预测控制系统分析
3.4.1 预测控制的方法机理
3.4.2 预测方法
3.4.3 施工控制参考轨迹的确定
3.4.4 施工控制
3.5 蓉湖大桥施工控制
3.5.1 实桥预测分析
3.5.2 实桥线形及索力控制结果
3.6 本章小结
第4章 斜拉桥施工控制中几何非线性分析研究
4.1 斜拉索的修正弹性模量和切线刚度矩阵
4.1.1 斜拉索的修正弹性模量
4.1.2 斜拉索的切线刚度矩阵
4.2 梁单元几何非线性刚度矩阵
4.3 斜拉桥的非线性分析模型
4.4 斜拉桥施工过程的几何非线性调值计算
4.4.1 斜拉桥施工控制分析内容
4.4.2 几何非线性调值计算
4.5 几何非线性有限元方程的求解
4.6 收敛准则
4.7 蓉湖大桥施工控制非线性影响分析
4.8 本章小结
第5章 单塔单索面宽幅斜拉桥的空间稳定性研究
5.1 概述
5.1.1 两类稳定问题
5.1.2 求解方法的评述
5.2 线性稳定分析
5.3 非线性稳定分析
5.3.1 空间梁单元的弹塑性刚度矩阵
5.3.2 材料模型
5.3.3 非线性稳定的分析计算方法
5.4 单塔单索面斜拉桥主塔横向受力简化分析
5.5 蓉湖大桥空间稳定性分析
5.5.1 蓉湖大桥稳定分析的方法
5.5.2 蓉湖大桥结构稳定分析模型
5.5.3 材料本构关系
5.5.4 稳定分析结果
5.6 本章小结
第6章 钢管混凝土塔柱空间仿真分析研究与应力监测
6.1 钢管混凝土偏压构件的力学性能
6.2 蓉湖大桥索塔构造与应力测点布设
6.2.1 索塔构造
6.2.1 应力测点布设
6.3 分析原理与方法
6.3.1 计算模型
6.3.2 单元选择
6.3.3 数值积分运用
6.3.4 边界条件处理
6.3.5 荷载工况分析
6.4 塔柱空间应力分析
6.5 塔柱应力理论值与监测对比分析
6.6 本章小结
第7章 主梁钢混结合部空间仿真分析研究
7.1 钢混接合部位及构造形式
7.1.1 钢混接合部位及连接方式
7.1.2 蓉湖大桥主梁钢混接合部构造
7.2 钢混接合部空间分析模型建立
7.2.1 分析范围
7.2.2 有限元模型
7.2.3 单元选择
7.2.4 不同自由度单元之间的连接处理
7.2.5 边界条件及荷载工况
7.3 钢混接合部空间应力分析结果
7.3.1 混凝土横系梁应力
7.3.2 混凝土主梁应力
7.3.3 结合段钢箱应力
7.3.4 分析结论
7.4 本章小结
第8章 结论与展望
参考文献
致谢
博士在读期间发表的论文
发布时间: 2005-10-11
参考文献
- [1].大跨径混合梁斜拉桥结合段受力性能试验[D]. 江祥林.长安大学2015
- [2].混合梁斜拉桥结合段的力学特性研究[D]. 陈开利.东北大学2006
- [3].混合梁斜拉桥钢混结合段受力性能的试验研究与理论分析[D]. 黄彩萍.华中科技大学2012
- [4].混合梁斜拉桥高性能钢混结合段受力性能试验研究[D]. 贺绍华.湖南大学2017
- [5].大跨度铁路混合梁斜拉桥钢—混结合段静力和疲劳性能研究[D]. 周阳.西南交通大学2016
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