大跨度钢管混凝土拱桥无支架缆索吊装过程中的仿真计算分析

摘要

大跨径钢管混凝土拱桥以其优美的造型和经济的跨径，近年来得到了迅速的发展。大部分钢管混凝土拱桥的施工采用无支架缆索吊装法，后来又发展到千斤项钢绞线斜拉扣挂法。这种多节段吊装的施工方法，须精确计算合理扣索力，确保桥梁在成桥后的结构受力和线形满足设计要求。 本文在收集了国内外己有研究资料的基础上，总结和比较了目前常用的合理扣索力计算方法；对空钢管劲性骨架的无支架缆索吊装方法的特点，本文采用了一种基于优化理论的确定合理扣索力的计算方法；同时针对拱肋吊装的单目标、多约束函数优化问题，采用凝聚函数同时对多个约束进行凝聚，将多约束的优化问题转化为单目标、单约束的优化问题，然后利用Lagrange乘子法将单目标、单约束的优化问题转化为无条件极值问题进行求解。 在索力调整中，本文采用初应变及影响矩阵的概念，将索力的设计归结为初应变的确定，控制目标直接选为多个节点的位移和控制截面的内力，使成桥后的这些控制目标值达到和接近设计者的期望水平。空钢管合拢前的误差调整问题建立了误差调整的多约束的优化模型，采用优化方法进行求解，通过茅草街大桥模型桥实验，验证该方法的可实现性。

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第一章绪言

1.1钢管混凝土拱桥发展概况

1.2钢管混凝土拱桥的施工方法

1.3问题的提出

1.4本文工程背景及主要研究内容

1.4.1本文的工程背景

1.4.2本文主要研究内容

第二章钢管拱肋架设中的斜拉扣索索力计算

2.1概述

2.1.1大跨径钢管混凝土拱桥的合理成桥状态控制

2.1.2缆索吊装法施工控制的关键

2.2缆索吊装施工过程的模拟计算方法

2.2.1倒退分析法

2.2.2前进分析法

2.2.3无应力状态法

2.3计算扣索索力的常用方法及评述

2.3.1力矩平衡法

2.3.2有限元—零位移法

2.3.3数学解析法

2.3.4定长扣索法

2.4本章小结

第三章钢管混凝土系杆拱桥整体模型实验

3.1概述

3.2模型试验的目的

3.3试验的主要内容

3.4试验模型的制作

3.5模型安装及试验

3.6茅草街大桥模型桥吊装阶段的施工监测系统

3.6.1线型监测系统

3.6.2应力监测系统

第四章基于优化理论斜拉扣索索力计算

4.1概述

4.2工程结构最优化设计的数学实现

4.3最大优化计算方法

4.3.1无约束优化问题

4.3.2变尺度法介绍及计算过程

4.3.3单目标、多约束极大极小问题

4.4千斤顶斜拉扣挂法钢管混凝土拱桥拱肋吊装的优化计算模型

4.5钢管拱肋吊装过程优化计算的程序实现

4.5.1ANSYS软件的二次开发

4.5.2ANSYS调用方法

4.5.3结构计算模型的简化和考虑

4.6模型试验数据分析

4.7本章小结

第五章钢管拱施工调整中的扣索索力计算

5.1概述

5.2误差调整的优化方法

5.3拱肋线形调整中索力计算算例

5.3.1有限元模型

5.3.2优化模型的参数选择

5.3.3计算流程图

5.3.4索力调整值的优化结果及分析

5.4本章小结

主要结论与展望

本文主要结论

展望

致谢

参考文献

附录A(攻读学位期间发表论文目录)

附录B(攻读学位期间参加的课题项目)