超大跨度钢管混凝土拱桥施工过程中扣索索力计算方法研究

论文摘要

大跨径钢管混凝土拱桥以其优美的造型和经济的跨径,近年来得到了迅速的发展。大部分钢管混凝土拱桥的施工采用无支架缆索吊装法,后来又发展到千斤顶钢绞线斜拉扣挂法。这种多节段吊装的施工方法,须精确计算合理扣索力,确保桥梁在成桥后的结构受力和线形满足设计要求。本文以正在施工中的合江长江一桥为背景,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在收集了国内外己有研究资料的基础上,总结和比较了目前常用的合理扣索力计算方法。②应用零弯矩法、零位移法和基于影响矩阵的未知荷载系数优化分析法开展了合江长江一桥拱肋吊装过程中的扣索索力计算,比较了这几种计算方法的优缺点,并讨论三种计算方法对施工控制的指导意义。③提出以裸拱变形为控制目标,介绍施工阶段拱肋线形控制的原理,利用几何解析的方法,推导了根据已安装阶段观测点标高计算下阶段拱肋安装标高的公式,讨论了拱肋切线安装的坐标的计算以保证施工线形。提出施工过程中以几何控制为主,索力控制为辅的监控原则。④研究拱肋吊装过程中的扣索非线性影响,采取修正扣索弹性模量及反复迭代来降低扣索非线性的影响,同时在考虑大变形的影响并在优化模型中合理处理,以保证拱肋的切线安装。⑤分析了风荷载、温度荷载及塔的偏位对拱肋吊装的影响,并针对上述影响因素提出了恰当的处理方法,降低了其对施工控制的影响,进一步保证了拱肋的成拱线形状态。

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 钢拱桥
• 1.1.3 钢筋混凝土拱桥
• 1.1.4 钢管混凝土拱桥
• 1.2 钢管混凝土拱桥常用施工方法
• 1.2.1 转体施工法
• 1.2.2 缆索吊装法
• 1.2.3 支架施工法
• 1.2.4 同步提升法
• 1.3 斜拉扣索索力计算方法研究现状
• 1.4 本文所研究的内容
• 1.4.1 课题来源
• 1.4.2 本文主要研究内容
• 第二章 无支架缆索吊装扣索索力计算方法
• 2.1 概述
• 2.2 缆索吊装施工过程的模拟计算方法
• 2.2.1 前进分析法
• 2.2.2 倒退分析法
• 2.3 斜拉扣挂法索力计算方法
• 2.3.1 力矩平衡法
• 2.3.2 零弯矩法
• 2.3.3 弹性—刚性支承法
• 2.3.4 有限元法
• 2.3.5 零位移法
• 2.3.6 定长扣索法
• 2.4 各种索力计算方法的比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于优化理论的合理索力计算方法
• 3.1 优化理论的概述
• 3.2 工程结构优化理论的数学描述
• 3.3 常用优化分析方法
• 3.3.1 无约束优化问题
• 3.3.2 一维搜索的0.618 法
• 3.3.4 确定迭代方向的共轭梯度法
• 3.3.5 惩罚函数优化法
• 3.3.6 基于影响矩阵法的索力优化法
• 3.4 MIDAS/CIVIL中未知荷载系数的简介
• 3.5 本章小结
• 第四章 合江长江一桥扣索索力的计算与优化
• 4.1 合江长江一桥工程概况
• 4.1.1 主桥结构基本资料
• 4.1.2 主桥拱肋节段吊装施工
• 4.2 合江长江一桥有限元仿真分析模型
• 4.2.1 有限元仿真分析的原则
• 4.2.2 结构计算模型的建立
• 4.3 合江长江一桥扣索索力的计算与优化分析
• 4.3.1 优化目标的确定
• 4.3.2 裸拱变形的控制原理
• 4.3.3 基于传统方法的索力计算
• 4.3.4 基于优化方法的索力计算
• 4.3.5 索力计算结果的分析及预抬量的提出
• 4.4 其他影响因素及处理方法
• 4.4.1 风荷载
• 4.4.2 温度荷载
• 4.4.3 非线性因素
• 4.4.4 塔的偏位
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果