自锚式悬索桥吊索张拉过程优化分析

论文摘要

近十年来,我国的自锚式悬索桥处于一个快速发展和繁荣的阶段,因其结构造型美观、地形地质适应性强以及较好的经济性能,使得其得到迅速应用和推广。通过吊索张拉实现主梁自重从支架向缆索体系转换是自锚式悬索桥施工过程的关键环节,如何用尽量少的反复张拉次数使全桥的吊索拉力达到设计状态是吊索张拉过程中需要研究的一个问题,吊索张拉成为自锚式悬索桥施工的重点和难点。针对自锚式悬索桥施工中体系转换的关键问题——张拉吊索使主梁脱离支架的复杂非线性过程,考虑结构承载能力和张拉设备能力等约束条件,对自锚式悬索桥的吊索张拉过程进行分析。结合国内某混凝土自锚式悬索桥,从其构造和受力特点出发,结合非线性因素的影响,引用空间解析数值方法,按照构件无应力长度不变原则对自锚式悬索桥施工过程的控制因素(主缆线形以及主缆和吊索的无应力下料长度)进行计算,并利用有限元软件验证了数值算法的可靠性,从而确定了国内某混凝土自锚式悬索桥的合理成桥状态,为研究吊索张拉过程提供了必要的基础。深刻了解吊索张拉过程中主缆位移以及吊索力的变化规律对施工控制具有重要意义。通过有限元建模分析的方法进行对比分析,揭示主缆位移的变化规律:张拉点位移对已张拉点位移具有“弱相干性”;吊索力的变化规律是:吊索力之间具有“强相干性”,强相干性包括“相邻卸载性”和“非相邻累加性”两个组成部分。在综合比较国内外自锚式悬索桥的吊索张拉施工方法的基础上,运用有限元软件对国内某自锚式悬索桥的吊索张拉施工进行计算分析,提出确定吊索张拉方案的方法,并利用此方法分别得到最多利用4台千斤顶和最多利用8台千斤顶的张拉方案,并将得到的方案与设计方提出的原始张拉方案进行对比分析,验证了本文提出的方案的合理性。与多数文献提出的多轮次反复张拉方法相比较,本文提出的吊索张拉方案中绝大多数吊索只需张拉一次,从而有效地减小了反复张拉次数,提高吊索张拉效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 自锚式悬索桥的发展
• 1.2.1 国外自锚式悬索桥的发展
• 1.2.2 国内自锚式悬索桥的发展
• 1.3 自锚式悬索桥吊索张拉的研究意义
• 1.4 自锚式悬索桥吊索张拉的研究现状
• 1.5 自锚式悬索桥吊索张拉的难点及存在的问题
• 1.5.1 自锚式悬索桥吊索张拉难点
• 1.5.2 存在的问题
• 1.6 自锚式悬索桥吊索张拉方法的调研
• 1.6.1 抚顺市万新桥的吊索张拉方法
• 1.6.2 湖州市飞凤桥的吊索张拉方法
• 1.6.3 佛山平胜桥的吊索张拉方法
• 1.6.4 宁波庆丰桥的吊索张拉方法
• 1.6.5 韩国永宗桥的吊索张拉方法
• 1.7 本文主要研究工作
• 第二章 自锚式悬索桥计算理论及有限元模型的建立
• 2.1 主缆成桥状态下线形的计算方法
• 2.1.1 分段悬链线法
• 2.2 无应力长度的计算方法
• 2.2.1 主缆无应力长度的计算方法
• 2.2.2 吊索无应力长度的计算方法
• 2.3 依托工程概况
• 2.3.1 桥型布置
• 2.3.2 加劲梁
• 2.3.3 桥塔
• 2.3.4 基础
• 2.3.5 缆索体系
• 2.4 有限元计算模型的建立
• 2.4.1 主缆及吊索的模拟
• 2.4.2 加劲梁的模拟
• 2.4.3 塔的模拟
• 2.4.4 全桥模型的建立
• 2.4.5 建模中几个问题的处理
• 2.5 本章小结
• 第三章 自锚式悬索桥施工过程分析和控制参数计算
• 3.1 自锚式悬索桥体系转换方法
• 3.1.1 张拉吊索法
• 3.1.2 落梁法
• 3.1.3 顶升索鞍法
• 3.2 自锚式悬索桥施工过程分析方法
• 3.2.1 施工过程的描述
• 3.2.2 施工过程分析方法
• 3.3 自锚式悬索桥施工过程控制参数的计算
• 3.3.1 主缆成桥线形计算
• 3.3.2 主缆无应力长度计算
• 3.3.3 吊索无应力长度计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 自锚式悬索桥吊索张拉施工过程分析
• 4.1 吊索张拉施工对比分析
• 4.1.1 自锚式悬索桥与地锚式悬索桥吊索施工的对比
• 4.1.2 自锚式悬索桥吊索与系杆拱桥吊杆张拉对比
• 4.1.3 自锚式悬索桥吊索与斜拉桥拉索张拉对比
• 4.2 自锚式悬索桥吊索张拉方法
• 4.2.1 吊索的张拉顺序
• 4.2.2 吊索的张拉力
• 4.3 自锚式悬索桥吊索张拉过程非线性分析
• 4.3.1 主缆的大位移几何非线性
• 4.3.2 缆索自重垂度的影响
• 4.3.3 结构初始内力的影响
• 4.3.4 吊索不同步张拉对其他吊索索力的影响
• 4.3.5 加劲梁与支架之间的边界约束条件的改变
• 4.3.6 混凝土收缩徐变
• 4.4 吊索张拉施工过程中的控制因素
• 4.4.1 索鞍的偏位
• 4.4.2 吊索索力
• 4.4.3 加劲梁线形
• 4.4.4 加劲梁应力
• 4.5 吊索张拉过程中主缆位移和吊索力的变化规律
• 4.5.1 主缆位移的变化规律
• 4.5.2 吊索力的变化规律
• 4.6 本章小结
• 第五章 自锚式悬索桥吊索张拉方案优化及对比分析
• 5.1 吊索张拉方案的确定方法
• 5.2 吊索张拉方案应考虑的因素
• 5.3 吊索张拉方案
• 5.3.1 最多利用4台千斤顶的张拉方案
• 5.3.2 最多利用8台千斤顶的张拉方案
• 5.4 吊索张拉方案的对比分析
• 5.4.1 塔顶位移的对比
• 5.4.2 塔根弯矩的对比
• 5.4.3 吊索内力的对比
• 5.4.4 加劲梁跨中竖向位移的对比
• 5.4.5 塔根应力的对比
• 5.4.6 加劲梁应力的对比
• 5.5 吊索张拉方案模拟分析结果及评定
• 5.5.1 方案模拟分析结果
• 5.5.2 方案评定
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢