混合梁斜拉桥合龙控制及索力优化分析

摘要

混合梁斜拉桥的主梁采用了混凝土与钢材两种材料，充分发挥了材料特性的优势。然而，在改善了结构力学性能的同时，也给混合梁斜拉桥的设计及施工控制增加了难度。混合梁斜拉桥的施工控制中，主跨合龙的施工控制尤为重要，同时，混合梁斜拉桥成桥状态的索力优化也是设计中关键的问题之一。目前国内外关于混合梁斜拉桥尤其是独塔混合梁斜拉桥合龙控制分析的相关文献比较少，而众多的斜拉桥索力优化方法中也各有缺陷，因此，有必要对此展开深入研究。 本文以岳口汉江特大独塔斜拉桥为工程背景，借助midas civil有限元软件，对独塔混合梁斜拉桥的合龙控制技术及成桥索力优化进行了分析研究。主要内容如下： （1）通过对比不同合龙温差造成的成桥附加位移和附加内力，对采用温度合龙法对成桥状态造成的影响进行了分析。结果表明只要合龙温差可以控制在±4℃以内，采用温度合龙法对独塔混合梁斜拉桥产生的成桥附加位移和内力很小，且该合龙方法施工工艺简单，安全风险低，适合作为本桥的合龙方法； （2）分析了合龙前悬臂施工过程的稳定性，研究了本工程的线形和索力的控制技术，为安全及精准合龙创造了有利的前期条件。对合龙口进行了影响因素敏感性分析，探讨了各种温度效应及调索、压重和施加斜对拉力等措施对合龙口的影响规律，确定了合龙过程中应重点控制的环境因素，得出了有效的合龙口调整措施。在此基础上，制定了具体的合龙方案，并对合龙结果进行了评价分析； （3）分析了影响矩阵法在斜拉桥索力优化分析中存在的问题。研究表明，由于斜拉桥的非线性效应，采用影响矩阵法进行索力优化时，影响矩阵自身的误差以及采用叠加原理求解都会对最终结果产生明显误差。影响矩阵法在混合梁斜拉桥这种非线性效应明显的结构中存在着索力优化结果误差过大的问题，不可忽视； （4）基于降低优化求解过程中索力变化幅度的基本思想，本文提出了一种改进的影响矩阵索力优化方法，并对改进方法的有效性进行了验证。采用改进的影响矩阵法对斜拉桥成桥索力进行了优化分析，取得了较好的优化结果。

目录

声明

第1章 绪论

1.1混合梁斜拉桥的概述

1.2混合梁斜拉桥存在的问题与难点

1.3论文的选题和研究的意义

1.4国内外的研究现状

1.4.1 混合梁斜拉桥合龙控制的研究现状

1.4.2 混合梁斜拉桥索力优化分析的研究现状

1.5本文研究的主要内容及技术路线

1.5.1 研究的主要内容

1.5.2 研究的技术路线

第2章 岳口汉江特大斜拉桥计算模型

2.1工程背景

2.2全桥施工方案

2.3有限元模型的建立

2.3.1 主梁和主塔的模拟

2.3.2 结合段的模拟

2.3.3 斜拉索的模拟

2.3.4 边界条件的模拟

2.3.5 全桥有限元模型

2.4本章小结

第3章 岳口汉江特大斜拉桥合龙控制分析

3.1几何合龙法与温度合龙法原理

3.2合龙方法的比选

3.3悬臂施工过程全桥稳定性分析

3.4合龙前悬臂施工线形及受力状态控制

3.4.1 线形控制

3.4.2 索力控制

3.4.3 合龙前全桥线形及受力状态分析

3.5合龙口敏感性分析

3.5.1 敏感性因素确定

3.5.2 敏感性分析

3.6合龙技术方案

3.6.1 合龙标准及前期准备工作

3.6.2 合龙前连续观测

3.6.3 合龙口调整方法

3.6.4 配切长度的确定

3.6.5 合龙具体步骤

3.7本章小结

第4章 基于改进的影响矩阵法的索力优化分析

4.1影响矩阵法的原理

4.2影响矩阵法存在的问题

4.2.1 影响矩阵的非线性偏差分析

4.2.2 方程组的非线性偏差分析

4.3改进的影响矩阵法的原理及验证

4.3.1 影响矩阵法的非线性偏差改进

4.3.2 改进的影响矩阵法有效性验证

4.4改进后的影响矩阵法在混合梁斜拉桥索力优化中的应用

4.4.1 合理成桥状态控制截面弯矩的确定

4.4.2 优化索力的求解

4.4.3 优化结果评价

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果