小型悬索桥加固技术及理论研究

论文摘要

随着交通压力的增大,桥梁使用环境的复杂化,材料使用期间的疲劳,许多在役桥梁出现了各种病害,尤其是服役期限较久的梁桥、拱桥和斜拉桥。悬索桥以其良好的适用性被广泛应用于超大跨径情况,其在国内发展的高峰期起于20世纪90年代,至今我国已成为世界上拥有超大跨悬索桥最多的国家。近些年来,也有少部分悬索桥出现了病害,主要是主缆、吊杆的锈蚀、腐化和断丝,锚碇的松弛、加劲梁的破坏等。可以预见,随着服役年限的增加,悬索桥的病害将会陆续出现,对悬索桥加固理论与技术的研究将会非常有现实意义。目前,国内外对悬索桥的维修加固主要是停留在小修小补上,少部分采用增加斜拉索等改变结构受力体系的方法对悬索桥进行加固并取得不错工程效果,对大修加固甚至需要更换整个主缆、吊杆、锚碇、桥面板系统等的实际项目及加固技术研究较少。庐山石门涧悬索桥是位于庐山景区内的一座小型人行悬索桥,其加固工程主要是更换主缆、主索、锚碇、栏杆及桥面板,对大桥的基础、索塔进行加厚加固,对钢管主桁梁进行涂装等。本文以该桥大修加固工程为依托,跟踪整个加固过程,实施现场监控,研究悬索桥加固理论及施工技术,以期抛砖引玉,引起对大跨度甚至超大跨度悬索桥加固技术的研究,从而推动我国桥梁加固事业的发展。本文首先采用Midascivil建立施工阶段分析模型,以便于对不同的施工方法、工序进行对比、摸索,进而确定出最优换缆换索工序为“先边后中”并预留中间两组旧吊杆,待主缆固结后再拆除,以实现桥塔与加劲梁应力的平稳过渡；根据主缆的悬链线方程,用Matlab计算出新缆的下料长度,并用抛物线近似模拟,把计算结果与悬链线进行比较知两者相差不大；用Midas Civil线形分析与非线性分析功能分别计算出新缆的架设标高,对于小型悬索桥,水平荷载与竖向荷载作用下非线性关系不明显。通过该工程的顺利竣工,现场吊杆拉力、锚索索力、桥面线形及塔顶偏位等实测数据证明该工程的计算理论与现场监控的正确性与有效性,可为类似工程提供参考和应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章：绪论
• 1.1 悬索桥受力性能简述
• 1.2 悬索桥的发展
• 1.3 悬索桥加固理论及技术研究现状
• 1.4 本文研究背景及内容
• 1.4.1 在役桥梁承载力演变阶段
• 1.4.2 论文的工程背景
• 1.4.3 主要研究内容
• 第二章 ：悬索桥结构分析理论综述
• 2.1 在竖向荷载作用下的结构分析
• 2.1.1 弹性理论
• 2.1.2 挠度理论
• 2.1.3 有限位移理论
• 2.2 在横向荷载作用下的结构分析
• 2.3 在偏心荷载作用下的结构分析
• 2.4 悬索桥的空间分析
• 2.5 悬索桥线形计算的有限元法与解析法
• 第三章 ：石门涧悬索桥的加固工艺研究
• 3.1 锚碇系统
• 3.1.1 锚碇系统损伤因素分析
• 3.1.2 锚碇系统的更换
• 3.2 桥塔系统
• 3.2.1 桥塔系统损伤因素分析
• 3.2.2 桥塔系统的加固
• 3.3 主缆系统
• 3.3.1 主缆系统损伤因素分析
• 3.3.2 新主缆的架设工艺
• 3.3.3 新主缆的架设线形
• 3.4 吊杆系统
• 3.4.1 吊杆系统损伤因素分析
• 3.4.2 吊杆系统的更换
• 3.5 加劲梁系统
• 3.6 本章小结
• 第四章 ：石门涧悬索桥监控计算分析研究
• 4.1 主缆索股无应力下料长度的计算
• 4.1.1 单索计算理论
• 4.1.2 石门涧悬索桥无应力索长计算
• 4.2 主缆基准索股空缆线形的计算
• 4.2.1 计算模型的建立
• 4.2.2 结构分析与验证
• 4.2.3 主缆架设标高的确定
• 4.3 钢桁梁的应力控制
• 4.4 监测监控成果
• 4.4.1 主塔监控
• 4.4.2 锚跨索力监控
• 4.4.3 主缆线形
• 4.4.4 吊杆拉力监测
• 4.5 本章小结
• 第五章 ：结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢