大跨度装配式钢混组合斜拉桥施工关键工序研究

摘要

大跨度装配式钢混组合斜拉桥是一种新兴的桥型，结构性能良好，施工方式便捷，在桥梁建设中得到越来越多的应用。本文针对该桥型的施工控制技术进行了概述，选取较为复杂的施工工序进行分析研究，得到该桥型关键施工工序的相关研究结果，为后续同类型桥梁施工控制技术提供参考。
　　该桥型具有装配式的特点，使其施工过程得到简化，较传统现浇混凝土斜拉桥，省去了较多施工过程，工业化程度较高，利于实现桥梁施工过程的标准化和信息化。而且施工过程中结构体系的受力更加明确，减少了施工过程的风险。同时，该桥型作为组合结构，较混凝土斜拉桥降低了自重，即发挥了混凝土承压能力强的特点，又具备钢结构的优良的受力性能。因此装配式组合斜拉桥是一种极具研究价值和应用价值的桥型。
　　本文依托于港珠澳大桥九洲航道桥，结构形式为大跨度装配式钢混组合斜拉桥。九洲航道桥作为世纪工程——港珠澳大桥工程的重要组成部分，其装配式和钢混组合的结构特点使其施工过程具有五个显著特点:大型化、标准化、工厂化、装配化、信息化，体现了我国桥梁建设的最高水平，体现了我国工业化的成就。本文对该桥型的施工工艺进行了介绍，针对施工过程，提出了九洲航道桥的施工控制系统。结合设计方案和施工过程利用Midas/civil2012桥梁有限元软件建立了九洲航道桥施工控制仿真模型。选取斜拉索张拉过程进行关于温度、弹性模量、容重的误差敏感性分析。同时九洲航道桥在塔柱施工过程中采用了特殊的施工工艺即上塔柱的“竖转滑移”施工工序，本文针对该工序进行了相关细部分析。论证了该施工工艺的科学性和高效性。
　　施工控制模型的建立是施工控制系统的重要组成部分，模型计算精度要求高，计算量大，相关计算分析是完善施工控制系统的最重要的一个环节。通过对九洲航道桥的仿真分析，按设计线形为成桥线形。对成桥状态下，钢主梁的内力，斜拉索的索力，主塔偏位进行了复核。本文所建立的施工控制模型按照成桥线型计算钢主梁内力、斜拉索索力、主塔偏位与设计值基本吻合。施工控制模型复核完成之后，通过模拟施工工序，得到各个施工工况的控制性数据。此外，针对影响结构安全的重要施工工序，Midas/civil并不足以完成细部的模型计算，因此建立了细部分析模型，以求得局部应力，本文所建立的细部模型有塔梁固结段和上塔柱吊装的局部模型。
　　施工控制模型建立完成之后，要对施工过程中的重要参数进行误差敏感性分析。本文针对斜拉索张拉这一重要的施工过程，对该工况下进行了针对容重、初张力、弹性模量、温度等参数的误差敏感性分析。得到斜拉索张拉阶段相关控制性指标的误差允许范围。结合现场实测数据，验证施工控制结果的准确性和高效性。
　　本文针对九洲航道桥的施工难点，即上塔柱“竖转滑移”施工工序进行了研究。通过建立Midas/Civil分析模型得到上塔柱施工过程中的塔柱线形变化和稳定性分析结果，验证是否会发生结构失稳，同时结合Midas/FEA细部模型得到上塔柱的局部应力，验证上塔柱施工过程中是否会发生局部应力是否会超过材料的屈服强度。相关结论用于指导施工，得到了较好的施工控制结果。
　　通过对九洲航道桥建立施工控制系统，对基于自适应控制法施工控制技术的应用提供了一个成功的范例，为同类型工程提供了参考。

目录

声明

摘要

第一章 钢混组合斜拉桥发展概况及施工控制原理

1．1 钢混组合斜拉桥发展概况

1．2 施工控制的原则和方法

1．2．1 施工控制系统的组成

1．2．2 施工控制方法的分类

1．3 施工控制理论在国内外的发展历程

1．4 本文主要研究内容

第二章 钢混组合斜拉桥工程概况及施工控制技术概述

2．1 结构概况

2．2 施工过程概述

2．2．1 索塔施工

2．2．2 主梁及斜拉索施工

2．3 施工控制技术概述

2．4 施工控制的方法和步骤

2．5 本章小结

第三章 有限元模型的建立和计算分析

3．1 施工控制模型的建立

3．1．1 施工控制模型的建立

3．1．2 施工阶段的划分

3．2 斜拉桥施工仿真模型成桥计算分析

3．2．1 恒载作用下线形计算结果分析

3．2．2 模型内力计算结果分析

3．2．3 活载荷载作用下的位移计算结果分析

3．3 斜拉索无应力下料长度计算

3．4 螺杆张拉过程中的施工控制模型

3．5 大节段吊装分析计算模型

3．6 本章小结

第四章 误差敏感性分析及施工控制结果

4．1 斜拉索张拉阶段误差敏感性分析

4．1．1 误差分析的目的

4．1．2 误差参数的确认

4．1．3 斜拉索弹性模量对线形和应力的误差敏感性分析

4．1．4 张拉阶段初张力对线形的误差敏感性分析

4．1．5 主梁重量对斜拉索初张阶段的误差敏感性分析

4．2 张拉阶段温度敏感性分析

4．2．1 主梁整体升降温计算

4．2．2 温度场监测结果

4．3 张拉节段计算模型的修正及线形监测结果

4．3．1 施工仿真模型的修正

4．3．2 修正后的线形施工控制结果

4．4 应力监测结果

4．4．1 理论应力

4．4．2 实测应力结果

4．5 斜拉索索力监测结果

4．6 本章小结

第五章 上塔柱“竖转滑移"工序研究

5．1 索塔施工概况

5．2 上塔柱“竖转滑移”局部应力分析

5．2．1 竖转初始状态的局部应力分析

5．2．2 上塔柱施工完成时局部应力分析

5．2．3 风荷载作用对局部应力的影响

5．3 上塔柱施工过程的稳定性分析

5．3．1 上塔柱整体稳定性分析

5．3．2 提升支架整体稳定性分析

5．4 塔柱竖转过程塔柱的变形分析

5．5 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文及参与的工程实践项目