大宁河特大桥拱肋安装斜拉扣索索力与预抬量计算分析

论文摘要

自无支架缆索吊装千斤顶斜拉扣挂法在邕宁邕江大桥得到成功应用以来,国内建造的大部分大跨度拱桥采用该方法施工。论文以正在施工中的巫山大宁河特大桥为背景,对无支架缆索吊装千斤顶斜拉扣挂施工方法开展研究。主要内容如下:1、总结了目前常用扣索力的计算方法,并将这些方法归纳为解析法和数值法两种;2、应用零弯矩法、零位移法和优化分析法开展了大宁河大桥扣索力计算,比较了这几种计算方法的优缺点,讨论了各自的适用场合;3、开展了扣索几何非线性分析。在既有计算方法的基础上,引入索膜结构计算膜外拉索的方法,将扣索长度分成若干段,分析表明,该方法能有效减少计算迭代次数;4、分析了150m、300m、500m扣索长度在不同应力水平下扣索垂度对扣索力和位移的影响,得出了在低应力状态下,随索长增加扣索垂度效应更加显著的结论。针对上述三种不同索长的扣索,在保证计算精度的前提下,提出了合理的分段数,以减少收敛迭代次数;5、针对生死单元技术模拟两端约束构件节段施工时无法保证切线安装的问题,提出采用半跨结构模拟施工,1/2合龙段安装后施加对称约束,然后模拟松索成拱的方法,该方法可避免繁琐的坐标修正和双单元法复杂的处理过程;6、提出二次抛物线拟合节段预抬量的方法,用二次抛物线系数作为优化分析的设计变量,减少了设计变量的个数,加速了有限元模型的迭代收敛;7、分析了施工期间温度变化对主拱标高的影响,并探讨了对标高影响大小的因素。通过有限元计算,定量分析温度升降对成桥标高的影响,结果表明温度升降对成桥线形影响显著。8、根据拱肋节段间内在线形关系,推导了在已安装节段观测点标高已知时求下节段拱肋标高的公式,该公式计入了节段线形与索力间的关系;9、提出了合理角度的概念,根据扣索对拱肋内力的影响分析,导出了扣索水平倾角的设置范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 拱桥的发展概况
• 1.1.1 石拱桥
• 1.1.2 钢筋混凝土拱桥
• 1.1.3 钢管混凝土拱桥
• 1.1.4 钢拱桥
• 1.2 钢拱桥结构的特点和研究概况
• 1.2.1 结构特点
• 1.2.2 研究概况
• 1.3 大跨度拱桥主要施工方法
• 1.3.1 无支架缆索吊装法
• 1.3.2 转体施工法
• 1.3.3 现浇法
• 1.3.4 少支架法
• 1.3.5 同步提升法
• 1.4 斜拉扣索索力与预抬量计算研究现状
• 1.5 课题来源与工程背景
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 工程背景
• 1.6 本文研究主要内容
• 第二章 无支架缆索吊装斜拉扣挂索力计算
• 2.1 斜拉扣挂法索力计算方法概述与比较
• 2.1.1 解析法
• 2.1.2 数值法
• 2.1.3 优化分析法
• 2.1.4 各种方法比较
• 2.2 斜拉扣索几何非线性分析常用方法
• 2.2.1 ANSYS 软件处理几何非线性的方法
• 2.2.2 斜拉扣索非线性影响分析
• 2.2.3 斜拉扣索分段计算以及分段数确定
• 2.3 有限元软件模拟拱肋切线安装
• 2.4 本章小结
• 第三章 斜拉扣索索力优化分析
• 3.1 优化的基本概念
• 3.2 ANSYS 优化方法
• 3.2.1 零阶优化算法
• 3.2.2 一阶优化算法
• 3.2.3 ANSYS 罚函数的设置和搜索方向
• 3.3 索力优化模型建立
• 3.3.1 优化模型各变量的确定
• 3.3.2 优化模型
• 3.4 索力优化程序的设置及分析
• 3.4.1 索力优化程序
• 3.4.2 优化分析方法与传统扣索索力计算方法的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 缆索吊装施工拱肋线形控制技术
• 4.1 概述
• 4.2 多次调索法
• 4.3 一次张拉扣索法
• 4.4 温度变化对拱肋线形的影响
• 4.4.1 温度对拱肋线形的影响分析
• 4.4.2 拱肋吊装目标线形的确定
• 4.5 本章小结
• 第五章 大宁河大桥扣索索力与节段预抬量计算
• 5.1 大宁河大桥主拱施工
• 5.2 大宁河仿真模型的建立
• 5.2.1 ANSYS 单元的选择及其计算特性
• 5.2.2 ANSYS 单元生死技术的原理
• 5.3 扣索索力与节段预抬量计算
• 5.3.1 拱肋节段的线形控制目标与控制原理
• 5.3.2 扣索索力与节段预抬量
• 5.4 拱铰封铰对拱肋线形的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果