大跨度钢管混凝土拱桥无支架缆索吊装系统研究

摘要

钢管混凝土拱桥近年来在中国发展迅猛,正向着更大跨径、更大规模的方向发展.对于大跨径的钢管混凝土拱桥其施工方法主要是转体施工和无支架缆索吊装斜拉扣挂悬臂拼装施工.该文以南宁永和大桥为工程背景,对其缆索吊装系统做了一些研究工作.无支架缆索吊装系统是施工期出现的临时的悬索桥.与正式悬索桥一样具有强烈的几何非线性.其分析方法多种多样,作者采用了CR列式法对其进行分析,对于主索、扣索、锚索、缆风索等采用大垂度小应变悬链线索单元来模拟,并考虑主索在索鞍处的滑移及切点变化.为了分析缆索吊装系统,作者采用Visual Basic6.0开发了其分析程序.程序采用了高效的有限元求解技术--改进了迭代格式的SSOR-PCG方法,并集成了数据库、CAD绘图技术,界面友好.通过大量算例考证说明采用该程序进行求解具有相当高的精度.在开发程序的基础上,对南宁永和大桥缆索吊装系统进行了分析.分析主要针对缆索吊装系统试吊工作展开,对主索在索鞍处的滑移、切点变化、主索垂度变化、主索作用在塔上的荷载、塔架水平位移等进行了分析比较,得到了一些规律,并与实测数据基本吻合.此外作者还简要分析了温度对缆索吊装系塔架水平位移的影响;对南宁永和大桥拱肋吊装最不利工况下塔架的受力进行了分析,说明其在此工况下仍有一定的安全储备.

目录

文摘

英文文摘

长沙理工大学学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状

1.3论文的工程背景

1.4论文的主要工作

第二章无支架缆索吊装系统几何非线性有限元分析理论

2.1引言

2.2几何非线性有限元分析常用方法

2.3 CR列式法

2.4普通梁、杆单元理论

2.4.1基本原理

2.4.2平面梁单元

2.4.3平面杆单元

2.5两结点悬链线索单元理论

2.6非线性代数方程组的求解方法及收敛准则

2.6. 1增量法

2.6.2迭代法

2.6.3增量迭代混合法

2.6.4收敛准则

2.7本章小结

第三章无支架缆索吊装系统有限元分析程序开发

3.1引言

3.2线性代数方程组快速求解技术

3.2.1引言

3.2.2预处理共轭梯度法

3.2.3 SSOR-PCG方法

3.2.4数据存储

3.2.5数据压缩存储技术程序实现

3.3索单元基本参数的确定

3.3.1已知索单元无应力长度计算其索端平衡力

3.3.2已知索单元一端张力计算其无应力长度

3.3.3已知索单元内一点垂度计算其无应力长度

3.4索单元在索鞍处滑移及切点变化的处理

3.4.1索单元在索鞍处滑移的处理

3.4.2索单元在索鞍处切点变化的处理

3.5程序开发技术

3.5.1开发语言的选取

3.5.2 CAD图形集成技术

3.5.3数据库集成技术

3.6程序说明

3.6.1程序中的一些基本约定

3.6.2程序中的一些重要的公共变量

3.6.3基本数据数据结构

3.6.4主程序控制流程图

3.7程序考证

3.7.1梁单元考证

3.7.2杆单元考证

3.7.3索单元考证

3.7.4自由度凝聚考证

3.8小结

第四章南宁永和大桥无支架缆索吊装系统分析

4.1引言

4.2无支架缆索吊装系统主索分析

4.2.1引言

4.2.2南宁永和大桥缆索吊装系统试吊简介

4.2.3南宁永和大桥缆索吊装系统主索分析

4.3无支架缆索吊装系统缆风初张力的确定

4.4无支架缆索吊装系统试吊工况下塔架水平位移分析

4.5温度变化对吊装系统塔架水平位移的影响

4.6无支架缆索吊装系统最不利工况下塔架静力分析

4.7小结

第五章结论与展望

5.1主要成果

5.1.1开发了无支架缆索吊装系统有限元分析程序

5.1.2对南宁永和大桥无支架缆索吊装系统进行了分析

5.2需要进一步解决的问题

致谢

参考文献

附录A