基于正装迭代法的三塔结合梁斜拉桥计算分析

摘要

结合梁斜拉桥因其相对混凝土斜拉桥和钢斜拉桥的跨越能力大，梁高小，外观轻巧，用钢量少，自重小，造价合理，施工简便等优点，近年来在我国的桥梁建设中得到了广泛的应用。正在建设中的武汉二七长江大桥是主梁采用钢结构、桥面板为混凝土结构的世界最大跨径三塔结合梁斜拉桥，为了使大桥建成后受力合理，对三塔结合梁斜拉桥进行施工计算分析，掌握施工阶段桥梁内力特性是十分必要的。目前常用分析方法主要有倒拆法、正装法、正装迭代法等，其中正装迭代法可以根据桥梁实际施工顺序模拟实际施工过程，并且能避免计算结果不闭合问题。
　　 本文以武汉二七长江大桥为工程背景，首先系统地分析了结合梁斜拉桥施工过程计算分析的整体思路，并重点分析探讨了结合梁斜拉桥施工过程计算的理论，然后在介绍武汉二七长江大桥主梁施工过程的基础上，基于正装迭代法，运用Midas/Civil软件建立全桥空间有限元分析模型，确定合理的成桥状态和施工状态，得出合理成桥索力以及斜拉索的初张力，系统地计算分析了全桥的施工过程。
　　 具体地说，本文主要进行了以下几个方面的工作：
　　 1、在现有斜拉桥施工过程分析资料的基础上，总结大跨度结合梁斜拉桥施工方法及计算分析基本理论。目前常采用的倒拆法、正装法、倒拆-正装迭代法、无应力状态法等都或多或少存在这些不闭合的问题，即按这些方法计算得到的控制参数进行正装计算所得成桥状态与设计成桥状态不一致。而正装迭代法只需要进行正装计算，且可以通过差值法将不闭合造成的影响降低到最低程度。
　　 2、基于正装迭代法，运用MIDAS/CIVIL，有限元分析软件，通过建立三塔结合梁斜拉桥双主梁空间有限元模型，分析其各施工阶段及成桥阶段的内力、位移和索力，经过与合理成桥状态进行对比分析，最终确定各施工阶段的节段标高、索力及主梁内力。计算结果表明：合理施工索力与合理成桥索力相比，误差均在±5％范围内，主梁最大抛高40.3cm，混凝土桥面板未出现拉应力，且最大压应力为8.8Mpa，钢主梁下翼缘最大压应力为159Mpa，说明三塔结合梁斜拉桥施工受力合理，斜拉桥索力、主梁内力和位移均满足设计规范要求
　　 3、施工过程中，由于变形、内力不断累积，所以，在悬臂拼装的过程中，最大悬臂状态为最不利状态。在完成某一节段的施工后，后续5～10个节段的施工对该阶段各个参数影响都比较大，因此，必须对后续5～10个阶段的施工给予重视以保证施工过程的安全和成桥状态符合设计要求。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 研究的目的、意义

1.2 结合梁斜拉桥的发展及其特点

1.2.1 结合梁斜拉桥的发展

1.2.2 结合梁斜拉桥的特点

1.3 斜拉桥施工方法

1.4 斜拉桥施工中常见问题

1.5 结合梁斜拉桥合理施工状态

1.5.1 结合梁斜拉桥施工阶段受力状态

1.5.2 结合梁斜拉桥施工阶段受力特点

1.6 施工过程计算分析的重要性

1.7 施工过程计算现状分析

1.8 本文的主要研究内容

第2章 斜拉桥计算分析基本理论

2.1 有限元理论

2.1.1 平面杆系有限元的计算理论

2.1.2 空间有限元计算理论

2.1.3 斜拉桥计算分析常用有限元模型介绍

2.1.4 Midas/Civil程序介绍

2.2 斜拉桥施工过程计算分析理论

2.2.1 斜拉桥施工过程计算的一般原则

2.2.2 斜拉桥施工过程计算的基本内容

2.2.3 斜拉桥施工过程计算的分析方法

2.3 合理施工状态的计算方法

2.3.1 正装迭代法

2.3.2 主梁拼装定位标高的确定

第3章 有限元模型的建立

3.1 工程背景

3.1.1 工程概况

3.1.2 主桥结合梁

3.1.3 边跨预应力混凝土梁

3.1.4 桥塔

3.1.5 斜拉索

3.1.6 自然条件

3.1.7 总体施工工艺

3.2 有限元模型的建立

3.2.1 Midas建模

3.2.2 荷载模拟

3.2.3 支座模拟

3.2.4 施工阶段的划分

第4章 主要计算结果分析

4.1 概述

4.2 合理成桥状态分析

4.3 合理施工状态分析

4.3.1 斜拉索索力计算结果分析

4.3.2 主梁挠度计算结果分析

4.3.3 塔顶偏移计算结果分析

4.3.4 主梁弯矩计算结果分析

4.3.5 钢主梁轴力计算结果分析

4.3.6 钢主梁上、下缘应力计算结果分析

4.3.7 桥面板上、下缘应力计算结果分析

4.3.8 最大悬臂状态分析

4.3.9 主梁预抛高的确定

4.4 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

作者在攻读硕士学位期间发表论文及参加项目