大跨径下承式钢管混凝土系杆拱桥吊杆张拉力控制优化分析

摘要

拱桥作为一种古老的桥型,在我们国家的桥梁史上留下了光辉的历史。钢管混凝土拱桥则是基于对钢管混凝土新技术应用于古代拱桥中发展起来的新型拱桥。近年来,异军突起的钢管混凝土系杆拱桥,是60-200m主跨径范围内非常具有竞争力的桥型之一。吊杆是重要的结构在下承式系杆拱桥中,桥梁的受力状况受吊杆张拉力影响较大,尤其是对主梁和拱肋。
　　本文的工程背景为沈丹线太子河系杆拱桥,利用MIDAS CIVIL计算软件对全桥建立了有限元模型,并且对该模型进行了有限元分析。吊杆的张力根据力的平衡法确定,确保了拱肋和主梁有更理想的恒载弯矩分布,吊杆的受力更均匀。利用倒装法计算出施工阶段的吊杆初始张力。通过优化调整吊杆张拉力,令主梁以及拱肋的内力更趋于合理。对成桥前后吊杆的受力变化进行了对比,看出活载使得吊杆张力增加,索力有大概一致的增幅,活载对吊杆的影响较大。本文的主线是系杆拱桥吊杆力张拉调整,利用三种不同的方法对吊杆力优化调整并从不同的角度进行了比较分析,这三种方法分别是刚性吊杆法、一次落架法、刚性支承梁法。根据该桥的实际情况以及计算结果,不论从设计还是施工上,一次落架法都能够满足要求;接着对太子河系杆拱桥的吊杆张拉顺序方案1、方案2作对比计算分析,通过张拉顺序方案的比较,得出方案2更为合理可靠。
　　最后对索力测试原理进行了介绍,重点介绍了频率法。该桥的索力测试应用了频率法。通过对吊杆索力实测值和本阶段目标索力值比较,相对误差均在10％以内,满足落架条件,可以进行系梁落架。待落架完成后,测试了各个吊杆的索力,并且通过与设计值的比较确定是否调索,以保证每根吊杆的索力均没有超过设计误差的允许范围。
　　根据索力的测试结果并根据设计院提供的目标索力进行了两次调索,由调索完成后的结果可以看出,全桥吊杆力控制均匀,每根吊杆的目标值与实际测量值吻合较好,目标值与实际测量值的误差都在合理的误差范围以内,从全桥和局部来看都是理想的,满足设计对吊杆力的要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 梁拱组合体系概述

1.2 钢管混凝土拱桥的发展概况

1.3钢管混凝土拱桥索力优化研究现状

1.4工程实例

1.5本文的主要工作内容

2 有限元理论与优化的数学基础

2.1概述[17-18]

2.2有限元梁单元理论介绍[18-20]

2.3有限元杆单元理论介绍[18-20]

2.4有限元分析步骤[17，19]

2.5优化的数学基础[19-23]

2.6本章小结

3 施工过程中吊杆张拉力的分析及优化

3.1空间有限元模型建立

3.2吊杆张拉力的确定

3.3 吊杆初始张拉力确定

3.4改变吊杆初始张拉力对全桥的影响

3.5运营前、后吊杆的受力对比

3.6成桥吊杆张拉力偏差调整

3.7吊杆索力的优化[35-43]

3.8吊杆张拉顺序的优化[42-49]

3.9吊杆不同张顺序对拱肋应力影响分析[47,50]

3.10本章小结

4 吊杆索力测定

4.1 概述[51-53]

4.2频率法测试索力的基本原理[54-61]

4.3索力测试

4.4 调索

4.5二期荷载完成后索力监测结果分析

4.6通车半个月后索力监测分析

4.7本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果