大节段吊装的独塔自锚式悬索桥吊索张拉施工控制研究

论文摘要

自锚式悬索桥以其优美的造型和对地形地质适应性强等多种优点越来越受到工程界的青睐,尤其是在城市中小跨径桥梁中更是一种极具竞争力的方案。但自锚式悬索桥施工过程中存在多次体系转换,受力复杂,而采用大节段吊装施工的自锚式悬索桥在国内尚属首次,吊索张拉研究甚少,施工控制值得深入研究。针对自锚式悬索桥吊索张拉过程结构几何非线性、接触非线性关系突出,吊索索力相互影响等特点,论文以桥梁结构有限元和无应力状态法的基本理论出发,结合施工控制中的正装分析法,有效地克服了常规施工控制分析方法的局限性,成功地探索出吊索张拉施工过程的实用模拟计算方法,并按照大沽河航道桥的施工组织工序,建立了全桥施工过程仿真计算有限元模型。根据工程背景自身的特点,论文提出了体系转换时要遵守的基本原则和进行吊索张拉方案设计时的主要控制目标,探讨了可能的吊索张拉方案,重点考虑同时张拉的千斤顶台数拟定了多套可行的张拉方案,得出相关计算结论并据此进行精心的方案比选,确定了最终推荐方案。论文详细对大节段吊装法与满堂支架法、顶推施工法进行对比,指出采用大节段吊装施工的自锚式悬索桥吊索张拉前加劲梁初始状态受力更加明确,容易进行相关参数的识别与修正,其中吊索的精确下料长度是吊索张拉施工控制前的关键步骤。在吊索张拉过程中,吊索每一步的张拉控制精度对结构成桥状态有重要的影响。为了安全顺利的实现吊索张拉工作,论文探讨了索长控制误差与索力控制误差对成桥状态的影响程度,最终提出了“以位移控制为主、兼顾吊索索力、加劲梁标高、加劲梁应力、辅跨桥墩纵向位移”的总体原则,并按此制定相关控制指标。按照拟定的施工控制方法,分别以加劲梁线形与应力、主缆线形与锚跨张力、吊索索力、索塔位移与应力和其他关键结构反应为着手点,对大沽河航道桥吊索张拉施工控制全过程做了简要介绍,并给出了最后实施结果,验证了吊索张拉施工控制方法的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 自锚式悬索桥概况
• 1.2 自锚式悬索桥的特点
• 1.2.1 自锚式悬索桥的受力特点
• 1.2.2 自锚式悬索桥的优缺点
• 1.3 自锚式悬索桥施工控制
• 1.3.1 施工控制的必要性
• 1.3.2 自锚式悬索桥施工控制内容
• 1.3.3 自锚式悬索桥施工控制特点
• 1.3.4 体系转换施工控制研究现状
• 1.4 论文背景与主要内容
• 1.4.1 论文的工程背景
• 1.4.2 论文的主要内容
• 第二章 吊索张拉过程模拟分析基本原理
• 2.1 桥梁结构有限元法
• 2.1.1 有限元法概述
• 2.1.2 有限元非线性分析计算一般过程
• 2.2 无应力状态法的基本理论
• 2.3 吊索张拉施工控制计算方法
• 2.3.1 施工控制常用分析方法
• 2.3.2 吊索张拉过程结构的特性
• 2.3.3 吊索张拉过程模拟的难点
• 2.3.4 吊索张拉过程实用模拟方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 施工组织与有限元模型的建立
• 3.1 大沽河航道桥施工组织
• 3.1.1 加劲梁节段拼装与架设
• 3.1.2 主缆及索夹的安装
• 3.1.3 自锚式悬索桥的吊索张拉
• 3.2 有限元模型建立与模拟
• 3.2.1 主体结构的模拟
• 3.2.2 边界条件的模拟
• 3.2.3 荷载的模拟
• 3.2.4 大节段拼装到架设过程模拟
• 3.2.5 吊索张拉过程模拟
• 3.3 本章小结
• 第四章 吊索张拉的数值模拟与优化
• 4.1 吊索张拉的原则与控制目标
• 4.1.1 吊索张拉的原则
• 4.1.2 吊索张拉的控制目标
• 4.2 吊索张拉方案的探讨
• 4.3 几套典型的张拉方案
• 4.3.1 每个阶段张拉3个不同编号的吊索
• 4.3.2 每个阶段张拉2个不同编号的吊索
• 4.3.3 每个阶段张拉1个不同编号的吊索
• 4.3.4 方案综合分析与比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 吊索张拉施工控制
• 5.1 大节段吊装施工控制的特点
• 5.1.1 吊索张拉前加劲梁初始状态
• 5.1.2 吊索无应力下料长度
• 5.2 吊索张拉控制方法
• 5.2.1 吊索张拉过程主缆与吊索的力学特性
• 5.2.2 两种控制方法的探讨
• 5.2.3 可靠的施工控制方法
• 5.3 吊索张拉施工控制过程
• 5.3.1 加劲梁线形与应力
• 5.3.2 主缆线形与锚跨张力
• 5.3.3 吊索索力
• 5.3.4 索塔位移及应力
• 5.3.5 其它关键结构监测
• 5.4 吊索张拉完成后误差的修正
• 5.5 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