大跨度斜拉桥几何非线性及施工控制研究

论文摘要

与悬索桥相比,现代斜拉桥具有结构刚度大、轴向受力呈自锚体系、悬臂施工方法简便等特点,在抗风稳定性、经济性、特别是适应恶劣的地质条件等方面具有明显的优势。因此,在超大跨度桥梁方案选型上,斜拉桥作为同悬索桥最具有竞争力的桥型,开始越来越受到设计师的青睐。目前,超过千米的斜拉桥目前还没有成功经验可以借鉴,随着斜拉桥跨度的增加,高强材料的应用,斜拉桥刚度下降较快,某些常规跨度范围内不太重要的因素可能会上升为制约因素,几何非线性就是其中之一。另外,斜拉桥作为一种设计与施工之间“高度耦合”的桥型,关于施工方法和施工控制问题的研究也一直备受关注。本文以苏通长江公路大桥为工程背景,针对千米级跨度斜拉桥的非线性特征,以及由此引起的斜拉桥施工控制问题,对大跨度斜拉桥的非线性进行了有限元分析,对大跨度斜拉桥的非线性特性和施工控制进行了研究,对几何控制法进行了较为系统的分析研究,并将其应用于苏通长江公路大桥的施工控制中;并对施工中的各个环节、各道工序进行科学合理的组织施工,对施工过程进行科学、严格、有效的监测监控,使大跨度斜拉桥施工中的索力、线形及塔顶偏位等参数指标满足设计要求,保证了大跨度斜拉桥的施工安全和施工质量。论文的主要内容如下:(1)概述了目前在大跨度斜拉桥非线性和施工控制方面的研究现状,针对当前斜拉桥大跨度化发展趋势,指出了非线性和施工控制方面需要进一步研究的问题。(2)介绍了斜拉桥的施工控制系统和方法,对斜拉桥施工控制的任务、内容、原则、方法以及影响因素进行了阐述,讨论了斜拉桥施工过程的仿真分析方法以及结构分析方法。(3)对斜拉桥的非线性理论进行了介绍,对斜拉桥的几何非线性的理论和方法进行了归纳,并介绍了几何非线性的有限元数值解法。(4)对苏通长江公路大桥的非线性静力行为进行了分析,对施工过程进行了仿真模拟,得到了施工阶段的计算结果,并将非线性结果和线性理论所得的结果进行了比较分析,研究了非线性效应的程度;另外还对非线性的影响参数进行了分析,对苏通长江公路大桥的施工过程的结构性能进行了评估。(5)阐述了“几何控制法”的基础思想和原则,制定了几何控制的实施流程。采用确定性方法对大桥施工控制中的主要参数进行了敏感性分析。介绍了几何控制法的基本思想,对影响控制精度的参数进行了不确定性和敏感性分析,对几何控制的原则和精度控制要求进行了研究。(6)将“几何控制法”应用于苏通长江公路大桥的施工控制,介绍了几何控制法的组织实施和施工监测等内容。对几何控制在斜拉桥施工的计划阶段、预制阶段、安装阶段的内容进行了阐述,包括关键技术问题、解决方法、影响因素分析、误差控制原则和调整方法、环境因素的处理方法等。(7)最后对本文的研究进行了总结,并对将来进一步展开的研究工作进行了展望。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大跨度斜拉桥非线性及施工控制的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 斜拉桥施工控制系统与方法
• 2.1 斜拉桥施工控制系统概述
• 2.2 斜拉桥施工控制的任务和工作内容
• 2.3 施工控制的原则和方法
• 2.4 影响桥梁施工控制的因素
• 2.5 斜拉桥施工过程仿真分析方法
• 2.6 桥梁施工控制结构分析方法
• 2.7 本章小结
• 3 斜拉桥几何非线性分析理论与方法
• 3.1 引言
• 3.2 斜拉桥静力几何非线性分析的理论和方法
• 3.3 几何非线性有限元方程的数值解法
• 3.4 本章小结
• 4 大跨度斜拉桥几何控制法基本原理
• 4.1 几何控制法的基本思想
• 4.2 参数敏感性分析
• 4.3 大跨度钢箱梁斜拉桥几何控制的原则与精度控制要求
• 4.4 本章小结
• 5 苏通长江公路大桥施工的几何非线性静力分析
• 5.1 结构概况
• 5.2 空间结构非线性分析计算
• 5.3 线性与非线性结果分析比较
• 5.4 苏通长江公路大桥非线性分析结论
• 5.5 本章小结
• 6 苏通长江公路大桥总体几何控制
• 6.1 施工控制组织
• 6.2 苏通长江公路大桥施工控制的计划阶段
• 6.3 苏通长江公路大桥施工控制的预制阶段
• 6.4 苏通长江公路大桥施工控制的安装阶段
• 6.5 苏通长江公路大桥施工控制的施工监测
• 6.6 苏通长江公路大桥施工控制的控制成果
• 6.7 本章小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 后记
• 参考文献
• 附录1 博士研究生期间发表的学术论文
• 附录2 线性与非线性计算结果