多塔自锚式悬索桥施工过程主缆线形研究

论文摘要

悬索桥是一种既古老又现代的桥型,人们最早熟识的是地锚式悬索桥,实际上将主缆锚固于自身加劲梁的自锚式悬索桥同样是悬索桥的重要形式。虽然我国开展自锚式悬索桥研究的时间较晚,却已在实践中迈出了创新的一步。本文便以世界上第一座在建的多塔自锚式悬索桥—螺洲大桥为工程背景,对其施工过程中主缆线形变化等关键问题展开研究。文中首先比较了自锚式悬索桥分析的三大理论：弹性理论、挠度理论和非线性有限位移理论。考虑到施工过程中多塔自锚式悬索桥体现出明显的非线性特性,文中根据非线性有限位移理论,先对其缆索、加劲梁和索鞍非线性展开理论分析,同时比较了用于主缆线形计算的抛物线理论和分段悬链线理论,并基于分段悬链线理论提出一种适用于多塔自锚式悬索桥主缆线形计算的数值分析方法。基于数值计算分析,本文采用ANSYS通用软件建立了多塔自锚式悬索桥有限元空间模型,并开展倒拆、正装分析。其中倒拆分析只考虑成桥状态、一期恒载状态及空缆状态的主缆线形,正装分析没有考虑吊索张拉顺序,以理想吊索力分阶段分析,比较各个理想状态桥梁主要构件内力变形特点。最后得到两种方法计算线形的闭合精度,及多塔自锚式悬索桥主缆线形变化规律,为考虑吊索张拉次序的复杂施工过程模拟奠定基础。本文还开展了施工过程监测研究,利用监测数据验证了多塔自锚式悬索桥吊索张拉过程中体现出的主缆位移弱相干性和吊索力相邻影响性。另外,根据吊索张拉方案确定原则,提出两种不同吊索张拉优化方案,并比较论证施工所选方案的合理性。在此基础上,建立了施工过程精确有限元模型,将计算结果与施工监测数据进行对比,分析多塔自锚式悬索桥吊索张拉过程中主缆、主塔和主梁的线形变化规律及相应施工控制方法。最后分析了多塔自锚式悬索桥主缆线形影响因素,比如主缆矢跨比和缆索刚度等设计参数,以及桥梁施工过程中温度和边界约束条件。同时将多塔自锚式悬索桥与常见的独塔自锚式悬索桥进行简单对比,重点分析主塔与主缆相互作用对主缆线形的影响,突出多塔自锚式悬索桥桥型布置及施工过程的独特性。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 悬索桥发展概况
• 1.1.1 悬索桥发展历程
• 1.1.2 自锚式悬索桥发展历程
• 1.2 悬索桥研究现状
• 1.2.1 悬索桥分析的理论基础
• 1.2.2 自锚式悬索桥的研究
• 1.3 课题背景及研究价值
• 1.3.1 选题工程背景
• 1.3.2 主缆线形分析的价值
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 非线性理论分析及主缆线形的数值计算
• 2.1 概述
• 2.2 自锚式悬索桥非线性理论
• 2.2.1 非线性影响因素及分析
• 2.2.2 自锚式悬索桥非线性分析
• 2.3 多塔自锚式悬索桥主缆线形计算
• 2.3.1 成桥主缆线形计算
• 2.3.2 空缆线形与索鞍预偏分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 多塔自锚式悬索桥有限元分析
• 3.1 概述
• 3.2 多塔自锚式悬索桥有限元分析处理
• 3.2.1 有限元建模
• 3.2.2 ANSYS中关键问题处理
• 3.3 全桥倒拆分析
• 3.3.1 成桥状态分析
• 3.3.2 一期恒载状态分析
• 3.3.3 空缆状态分析
• 3.3.4 倒拆分析中主缆线形的变化
• 3.4 全桥正装分析
• 3.4.1 正装分析的基本思路
• 3.4.2 空缆状态的确定
• 3.4.3 吊索理想张拉状态分析
• 3.4.4 一期恒载状态
• 3.4.5 成桥状态
• 3.4.6 正装分析过程中各个状态的比较
• 3.5 本章小结
• 第四章 多塔自锚式悬索桥施工控制分析
• 4.1 概述
• 4.2 吊索张拉过程中的力学特性
• 4.2.1 主缆位移的弱相干性
• 4.2.2 吊索力的相邻影响性
• 4.3 吊索张拉施工过程分析
• 4.3.1 吊索张拉方案的确定原则
• 4.3.2 不同吊索张拉方案对比研究
• 4.3.3 吊索张拉过程模拟的本质
• 4.4 吊索张拉施工过程模拟与结果分析
• 4.4.1 张拉过程中构件的几何线形变化
• 4.4.2 张拉过程中构件的内力变化
• 4.5 本章小结
• 第五章 多塔自锚式悬索桥主缆线形影响因素
• 5.1 概述
• 5.2 主缆设计参数变化的影响
• 5.2.1 主缆矢跨比的影响
• 5.2.2 缆索刚度的影响
• 5.3 施工环境变化对主缆线形的影响
• 5.3.1 温度变化的影响
• 5.3.2 约束条件的影响
• 5.4 与独塔自锚式悬索桥的比较分析
• 5.4.1 主塔与主缆之间的相互影响
• 5.4.2 不同桥型在其他方面的异同
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历