大跨径自锚式悬索桥施工吊索张拉研究

摘要

自锚式悬索桥是由主缆和加劲梁等构成的一种兼有索和梁的受力特点的柔性悬索组合体系桥型，因其良好的受力性能、优美大气的造型受到广泛关注。回顾自锚式悬索桥的国内外发展，重点介绍其构造和受力特点，引出大跨径自锚式悬索桥施工吊索张拉研究这一主要研究方向。
　　主缆柔索单元分析方法有直线法、抛物线法、悬链线法，其中悬链线法是被验证在大跨径自锚式悬索桥中较可行的，其方法为首先利用数值解析法对其平衡状态方程进行求偏导得出柔度矩阵，再求逆便得到在悬索桥计算中至关重要的索单元切线刚度矩阵。自锚式悬索桥几何非线性主要表现方面:主缆大位移效应、初始内力效应、缆索垂度效应，目前常用非线性精确控制分析。
　　合理成桥线形分析主要采用节线法和非线性精确迭代法进行，再利用主缆无应力长度保持不变倒拆获得空缆状态，确定空缆几何线形和索鞍预偏，最后总结吊索张拉控制方法，推荐采用“无应力索长控制为主、索力分级控制为辅”的综合张拉控制法，即在前期张拉中采用无应力状态法进行控制，避免张拉力控制精度问题，而在后续张拉中采用先采用索力分级张拉，利用吊索相邻性原理使全桥吊索结构自适应逼近合理成桥吊索索力，再张拉至其无应力长度。
　　最后以实际工程项目为背景，利用上述理论计算方法和非线性有限元计算软件MIDAS/civil2010分别进行一次成桥、倒拆、正装施工模拟计算，重点对吊索张拉中的关键控制因素（吊索索力值、接长杆长度、临时墩与主梁分离、塔顶纵向偏位、主缆竖向位移等）进行了动态过程分析，以此验证“无应力索长控制为主、索力分级控制为辅”法的可行性和有效性，期望能对施工有一定的指导作用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 自锚式悬索桥的发展历史

1．1．1 近代自锚式悬索桥

1．1．2 现代自锚式悬索桥

1．1．3 我国自锚式悬索桥发展

1．2 自锚式悬索桥的桥型特点和适用情况

1．2．1 自锚式悬索桥的基本构造

1．2．2 自锚式悬索桥的桥型特点

1．2．3 自锚式悬索桥的优缺点和适用情况

1．3 合理成桥状态分析及吊索张拉分析研究现状

1．3．1 合理成桥状态分析

1．3．2 吊索张拉分析

1．3．3 存在问题

1．4 本文研究的主要内容

第二章 自锚式悬索桥分析计算理论

2．1 概述

2．1．1 弹性理论

2．1．2 挠度理论

2．1．3 有限位移理论

2．2 柔索单元分析

2．2．1 基本假定

2．2．2 计算分类

2．2．3 分段直线

2．2．4 抛物线

2．2．5 悬链线

2．3 自锚式悬索桥几何非线性分析理论

2．3．1 几何非线性表现方面

2．3．2 非线性求解的N．R法

2．3．3 收敛准则

2．4 自锚式悬索桥施工分析计算理论

2．5 本章小结

第三章 主缆线形分析和吊索张拉分析

3．1 主缆线形概述

3．1．1 已知条件及分析内容

3．1．2 分析中的三种状态

3．2 合理成桥状态的线形分析

3．2．1 竖向平面内的分析

3．2．2 水平面的分析

3．2．3 纯索体系主缆线形

3．2．4 整体结构主缆线形

3．2．5 主缆无应力长度的计算

3．2．6 主索鞍、散索鞍处主缆长度的修正

3．2．7 吊索无应力长度的计算

3．3 空缆状态分析

3．4 吊索张拉分析

3．4．1 吊索张拉的原则

3．4．2 吊索张拉分析应考虑的非线性因素

3．5 吊索张拉实用方法

3．5．2 吊索张拉方法概述

3．5．1 合理成桥吊索索力

3．5．2 张拉顺序选取

3．5．4 索力分级张拉

3．5．4 无应力状态控制法张拉

3．6 本章小结

第四章 实桥应用与结果分析

4．1 工程背景

4．1．1 工程概况

4．1．2 主要结构构造与材料

4．1．3 设计荷载

4．2 建立有限元分析模型

4．2．1 几何模拟

4．2．2 边界模拟

4．2．3 分析步骤

4．3 一次成桥—合理成桥状态

4．3．1 合理成桥主缆索力

4．3．2 合理成桥吊索索力

4．3．3 塔、梁内力

4．3．4 塔、梁应力

4．4 倒拆分析—空缆状态

4．5 吊索张拉方案

4．5．1 张拉方案

4．6 正装分析—吊索张拉施工

4．7 张拉过程分析

4．7．1 吊索索力变化

4．7．2 张拉过程中临时墩与主梁分离

4．7．3 张拉过程中塔顶纵向位移、主缆竖向位移

4．8 成桥状态分析

4．8．1 吊索索力

4．8．2 主缆索力

4．8．3 主缆线形

4．8．4 塔、梁内力

4．8．5 塔、梁应力

4．9 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要研究内容和结论

5．2 进一步研究展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果