混合梁斜拉桥施工全过程几何非线性影响分析与施工控制

摘要

混合梁斜拉桥具有独特的结构特点，是今后大跨度斜拉桥发展方向之一。研究其施工过程几何非线性影响和合理状态确定与施工控制，对于桥梁设计合理和施工安全有着重要意义。本文以广州东沙大桥为工程背景，对混合梁斜拉桥施工过程几何非线性影响，合理状态确定与施工控制等问题进行了分析研究。 本文阐述了斜拉桥几何非线性分析的基本理论，介绍了几何非线性方程组的求解方法。采用平面杆系有限元程序FBR CAL SUO和SUS CAL SUO对东沙大桥施工全过程进行了模拟计算，分析了混合梁斜拉桥施工过程中几何非线性对主梁立模(就位)标高、施工阶段结构变形、内力及应力的影响，得出了相关的结论：施工阶段主梁累计位移大者几何非线性影响也较大，但其绝对影响量最大只有29.3mm(主桥为主跨338m的独塔混合梁斜拉桥)。 采用ANSYS有限元软件建立了东沙大桥施工阶段空间有限元模型，介绍了施工过程模拟计算时几个关键问题的处理方法；通过与平面杆系程序FBR CAL SUO计算结果的对比验证了这些方法的合理性，为其他同类桥梁施工过程仿真计算提供参考。 针对混合梁斜拉桥，本文提出了采用恒载平衡法与应力平衡法相结合，并以塔和梁的最大变位最小为目标的索力优化方法确定合理成桥状态，采用基于正装计算的索力不断优化的试算法确定合理施工状态。通过东沙大桥合理成桥状态和合理施工状态的确定，证明了本文方法的有效性和简捷性，同时也为施工控制工作提供了理论依据。 详细介绍了东沙大桥施工控制的主要内容和实施方案，比较分析了典型工况下的理论和实测数据，表明了东沙大桥施工控制效果良好。同时指出斜拉桥悬臂施工过程中外界气温对施工控制精度有较大的影响，施工时应加以重视并采取相应对策。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1混合梁斜拉桥概述

1.1.1混合梁斜拉桥的设计思路

1.1.2国内外混合梁斜拉桥发展状况

1.1.3混合梁斜拉桥的优点

1.2研究问题的提出

1.3混合梁斜拉桥施工阶段几何非线性分析与施工控制研究现状

1.3.1施工阶段分析方法研究现状

1.3.2施工阶段几何非线性分析研究现状

1.3.3合理状态确定与施工控制研究现状

1.4本文工作内容

第2章斜拉桥施工过程非线性分析理论

2.1斜拉桥施工过程受力特点

2.2斜拉桥施工阶段非线性分析理论

2.2.1斜拉索的非线性

2.2.2结构大位移效应

2.2.3梁柱效应

2.3斜拉桥几何非线性方程组的求解

2.3.1增量法

2.3.2迭代法

2.2.3混合法

2.4本章小结

第3章混合梁斜拉桥施工过程几何非线性影响分析

3.1广州东沙大桥方案简介

3.1.1工程概况

3.1.2施工过程介绍

3.2东沙大桥施工阶段有限元计算

3.2.1计算荷载及计算参数

3.2.2计算模型

3.2.3计算工况

3.2.4计算软件

3.3几何非线性对施工阶段结构内力、应力影响分析

3.3.1主梁最大悬臂状态

3.3.2成桥恒载状态

3.4几何非线性对主梁线形影响分析

3.4.1几何非线性对主梁立模(就位)标高影响

3.4.2几何非线性对施工阶段主梁累计位移影响

3.4.3典型工况下几何非线性对主梁位移增量的影响

3.5本章小结

第4章混合梁斜拉桥施工过程ANSYS模拟计算

4.1斜拉桥有限元模型的建立

4.1.1模型的简化

4.1.2单元类型的选取及单元简介

4.2应用ANSYS对桥梁施工过程模拟计算

4.2.1斜拉索分阶段张拉的模拟

4.2.2斜拉索垂度效应的模拟

4.2.3施工过程的模拟

4.3东沙大桥施工过程ANSYS模拟计算

4.3.1计算模型的建立

4.3.2 ANSYS计算结果及分析

4.4本章小结

第5章混合梁斜拉桥合理状态的确定

5.1合理成桥状态的确定

5.1.1合理成桥状态概述

5.1.2混合梁斜拉桥合理成桥状态的确定

5.2合理施工状态的确定

5.2.1合理施工状态概述

5.2.2混合梁斜拉桥合理施工状态的确定

5.3东沙大桥合理状态的确定

5.3.1计算模型说明

5.3.2东沙大桥合理成桥状态的确定

5.3.3东沙大桥合理施工状态的确定

5.3.4东沙大桥静力计算结果

5.4本章小结

第6章混合梁斜拉桥施工控制

6.1施工控制的必要性

6.2斜拉桥施工控制方法

6.3斜拉桥施工控制内容

6.4东沙大桥施工控制方案

6.4.1控制目标

6.4.2控制原则与精度要求

6.4.3施工控制主要工作

6.5东沙大桥施工控制实施效果

6.6本章小结

结论与展望

主要研究工作及结论

进一步研究工作的展望

参考文献

致 谢

附录A