大跨度拱桥拱肋吊装施工控制研究

摘要

拱桥是常见的桥梁体系，其历史悠久、造型美观，有很好的受力特点，被广泛应用于桥梁工程中。近年来，拱桥的跨度变得越来越大，结构体系变得复杂，其施工难度也相应增加。拱桥的施工方法多种多样，近年来斜拉扣挂法成为大跨度钢箱拱肋拱桥的主要的施工手段。斜拉扣挂法施工难度极大，其扣挂系统受力十分复杂，因此，采用斜拉扣挂法拼装拱肋的施工监控就显得非常重要。
　　本文以普湾跨海拱桥为工程背景，采用Midas Civil2013有限元分析程序来模拟斜拉扣挂法吊装拱肋的整个施工过程，同时研究了塔架的静力及稳定性能。以下是本文研究的主要内容:
　　对钢结构拱桥的发展历史进行了概括，介绍了现代钢拱桥的几种形式;分析了中承式系杆拱桥的受力特点，简要介绍了转体施工法和斜拉扣挂法的施工步骤;给出了拱肋吊装系统施工监控的方法和内容。
　　介绍了加工预拱度的概念，以倒拆、正装相结合的方法计算了拱肋的加工预拱度;取拱肋关键节点的预拱度，以分段多项式的方式拟合出其余整个拱肋的加工预拱度曲线，从而得到拱肋的无应力线形。
　　斜拉扣挂法施工的关键是扣索索力以及拱肋节段预抬量的计算。本文将近年来的几种扣索索力计算方法分为解析法和数值法，并分析了各种方法的优缺点，在此基础上，采用了以裸拱拱肋变形为整体控制目标的扣索索力计算方法，仅在合龙段设置预抬量，解决了以往拱肋预抬量计算误差较大以及拱肋合龙后出现不合理变形的问题。
　　模拟了拱肋吊装的整个施工过程，给出了扣塔以及桩基的简化计算方法;对比分析了采用斜拉扣挂法施工时拆除扣索之后的拱肋线形与一次落架裸拱的线形;针对拱肋吊装过程中存在体系转换的问题，采用两种不同的方法对拱肋临时铰接措施进行了模拟;结合实际情况，制定了普湾拱桥拱肋吊装过程中监测方案，并对拱肋吊装过程中误差的来源进行了分析。
　　分析了塔架在拱肋吊装过程中的静力性能，给出了塔架风荷载的计算方法;介绍了两类稳定问题的概念以及研究理论，分析了塔架杆件的局部稳定性能以及整体稳定性能;研究了塔架风缆在施工进程中对塔架的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 钢结构拱桥概述

1．1．1 钢桁架拱桥

1．1．2 钢管混凝土拱桥

1．1．3 钢箱拱桥

1．2 中承式钢箱系杆拱桥的力学特征

1．3 中承式钢箱拱桥施工方法

1．3．1 转体施工法

1．3．2 斜拉扣挂法

1．4 施工监控概述

1．4．1 施工监控的原则

1．4．2 施工监控的方法

1．4．3 施工监控的内容

1．5 本文研究的主要内容及意义

1．5．1 本文研究的主要内容

1．5．2 本文研究的意义

2 拱肋无应力线形计算

2．1 工程背景

2．2 加工预拱度

2．3 建模计算

2．3．1 模型概况

2．3．2 计算结果

2．3．3 加工线形拟合

2．4 本章小结

3 扣索索力计算方法

3．1 解析法

3．1．1 力矩平衡法

3．1．2 零弯矩法

3．1．3 弹性-刚性支撑法

3．2 数值法

3．2．1 零位移法

3．2．2 扣索力的逆分析法

3．3 控制裸拱变形的扣索索力计算

3．3．1 未知荷载系数法

3．3．2 裸拱变形分析

3．3．3 拱肋预抬量

3．4 本章小结

4 斜拉扣挂法施工过程分析

4．1 斜拉扣挂法施工方案

4．1．1 扣挂体系介绍

4．1．2 钢拱肋吊装流程

4．2 拱肋吊装过程计算

4．2．1 有限元模型简介

4．2．2 各阶段扣索索力

4．2．3 拱肋变形与受力分析

4．2．4 拱脚水平反力

4．3 临时铰接模拟分析

4．4 普湾拱桥吊装监测方案及误差分析

4．4．1 拱肋吊装监测方案

4．4．2 拱肋吊装误差分析

4．5 本章小结

5 临时塔架静力及稳定性分析

5．1 临时塔架静力分析

5．1．1 模型简介

5．1．2 计算荷载

5．1．3 计算结果

5．2 临时塔架稳定性分析

5．2．1 两类稳定问题

5．2．2 杆件局部稳定

5．2．3 线形屈曲分析

5．3 风缆对塔架静力及稳定性的影响

5．3．1 风缆对裸塔状态下塔架竖杆受力的影晌

5．3．2 不同施工阶段下风缆对塔架整体性能的影响

5．4 本章小结

6 结论及展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢