预应力混凝土子母斜拉桥索力及施工优化研究

论文摘要

斜拉桥成桥恒载内力分布是否合理是衡量桥梁性能安全的重要标准之一。合理的成桥状态当属塔、梁在恒、活载作用下弯曲应力小且均匀受力。对结构体系已定的斜拉桥，总能找出一组斜拉索力，使得结构在确定性荷载作用下，某种反映受力性能的目标达到最优，索力优化是斜拉桥永恒的主题。 本文对确定斜拉桥成桥合理索力的国内外常见方法进行了分析与研究，比较了其优点和局限性。在此基础上提出了考虑稳定性约束的最小弯曲能量法，将新一代优化遗传算法应用到PC子母斜拉桥的初始成桥索力确定中。 斜拉桥是一种高次超静定的复杂结构，其成桥状态与施工过程密切相关。如何确定施工过程中的斜拉索力，保障施工过程中的结构安全和力学状态最优是施工控制的核心问题之一。本文提出了以斜拉桥主梁标高相对误差的平方和最小为目标函数，以主梁内力(弯矩)为约束条件，以索力为优化变量，建立了最优施工控制的索力计算调整模型。 斜拉桥的合理成桥状态和施工状态需要通过施工监控来达到或接近，本文也从控制论的角度对斜拉桥施工控制的开环控制法、闭环控制法、自适应控制法进行了总结，对斜拉桥施工控制仿真方法(正装法、倒拆法、正装迭代法、无应力状态法)进行了探讨，并在此基础上讨论了各种方法需要进一步解决的问题。建立了基于信息融合的PC斜拉桥自适应施工控制的参数模型，比较分析了立体模型和平面模型、非线性和线性对施工状态的影响，同时将神经网络和遗传算法相结合应用于Pc斜拉桥的参数识别和施工控制，将灰色理论、BP神经网络等常见的施工误差控制算法应用于实际施工控制，实际工程背景——重庆云阳长江公路大桥的施工控制和分析应证了本文方法具有一定的工程实用价值。 另外，本文结合国内外桥梁设计与管养的最新动态，在设计和施工阶段就考虑斜拉桥的桥梁健康监测和数字化管养系统框架，为以后桥梁长期安全监测和科学管养创造基本条件。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 论文的选题、研究意义和目的
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 斜拉桥成桥索力确定方法
• 1.2.2 斜拉桥施工索力确定方法
• 1.2.3 斜拉桥施工控制发展现状
• 1.3 相关优化方法的发展
• 1.4 本文的主要研究工作
• 第2章 PC子母斜拉桥成桥恒载初始索力研究
• 2.1 斜拉桥成桥恒载初始索力方法概述
• 2.1.1 力平衡观点方法
• 2.1.2 能量观点方法
• 2.1.3 综合（优化）观点方法
• 2.2 基于遗传算法的预应力混凝土子母斜拉桥恒载初始索力确定
• 2.2.1 预应力混凝土斜拉桥恒载初始索力确定原则
• 2.2.2 预应力混凝土斜拉桥恒载初始索力确定优化方法分析
• 2.2.3 遗传算法简介
• 2.2.4 基于遗传算法的预应力混凝土（PC）子母斜拉桥恒载初始索力的实现
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于几何非线性的 PC子母斜拉桥施工张拉索力的初定
• 3.1 概述
• 3.2 斜拉桥施工中斜拉索索力的有限元计算原理
• 3.3 PC斜拉桥施工阶段主梁施工方法、受力特点、几何非线性和张拉方式
• 3.3.1 PC斜拉桥主梁施工方法
• 3.3.2 PC斜拉桥施工阶段受力特点
• 3.3.3 PC斜拉桥施工阶段非线性影响因素
• 3.3.4 PC斜拉桥施工阶段索力张拉方式
• 3.4 确定 PC斜拉桥合理施工张拉索力的基本方法
• 3.4.1 零弯矩悬拼法
• 3.4.2 倒拆分析法
• 3.4.3 无应力状态法
• 3.4.4 正装迭代法
• 3.4.5 倒拆-正装分析法
• 3.5 斜拉桥施工张拉索力的误差调整方法
• 3.6 计算实例
• 3.6.1 概况
• 3.6.2 施工阶段的有限元模拟计算模型及模拟实现
• 3.6.3 倒拆-正装计算
• 3.6.4 正装迭代计算
• 3.7 结果分析与比较
• 3.8 本章小节
• 第4章 基于信息融合的 PC子母斜拉桥的施工最优控制
• 4.1 PC斜拉桥施工控制概述
• 4.1.1 PC斜拉桥施工控制的重要意义
• 4.1.2 PC斜拉桥施工控制的内容和方法
• 4.1.3 影响 PC斜拉桥施工控制的因素
• 4.2 预应力混凝土子母斜拉桥施工过程正装计算分析
• 4.2.1 工程背景和计算方法概述
• 4.2.2 空间模型与平面模型对施工状态的影响分析
• 4.2.3 非线性效应对施工控制的影响分析
• 4.2.4 斜拉桥温度场影响分析
• 4.2.5 徐变影响因素分析
• 4.3 PC混凝土子母斜拉桥的施工监测
• 4.3.1 索力监测
• 4.3.2 应力监测
• 4.3.3 主梁挠度与主塔塔顶变位监测
• 4.3.4 温度及其影响观测
• 4.4 基于信息融合的 PC子母斜拉桥施工误差调整
• 4.4.1 基于 BP神经网络和遗传算法相结合的参数识别
• 4.3.2 基于优化算法的主梁施工标高误差分析与预测
• 4.5 施工控制结果分析
• 4.5.1 线型控制结果
• 4.5.2 索力控制结果
• 4.5.3 应力控制结果
• 4.6 本章小结
• 第5章 健康监测和数字化管养系统设计
• 5.1 健康监测系统设计
• 5.1.1 课题研究的目的、意义
• 5.1.2 国内外现状
• 5.1.3 监测内容
• 5.2 基于 GIS的数字化管养系统
• 5.2.1 系统架构
• 5.2.2 系统功能描述
• 5.3 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文、研究工作