基于施工质量的大跨径钢箱梁悬索桥成桥安全状态评估

摘要

中国境内多高山大河深谷等复杂地形，修建悬索桥具有较大优势。悬索桥构件繁多，施工专业化程度高。虽然中国在悬索桥施工技术层面已经处在世界领先水平，但是在施工过程质量变异不可避免，即施工质量与设计要求存在偏差。目前针对悬索桥施工过程中存在的施工质量变异类型、程度和成因以及施工质量变异对成桥状态的影响方式和影响的程度的研究还比较少。以施工质量变异性为全新视角，基于施工质量变异性对成桥安全状态的影响评价大跨径钢箱梁悬索桥成桥安全状态，将桥梁安全状态评估从成桥后的外观和荷载试验检测拓展至施工阶段的质量控制环节。
　　本研究以云南钢箱梁悬索桥为依托，通过跟踪调查山区大跨径钢箱梁悬索桥施工过程，结合现场大量线形、内力、应力等数据采集试验，系统研究了施工过程中主塔、主缆、索夹与吊杆、锚碇、钢箱加劲梁等构件质量变异的主要类型、程度及发生质量变异的原因，结果表明有14种多发性施工质量变异类型。通过有限元计算分析了施工质量变异对成桥安全度的影响方式，量化分析了施工质量偏差对悬索桥成桥状态的影响程度。研究了主塔混凝土强度变异性，几何尺寸偏差、主塔倾斜度对主塔截面应力的影响；主塔顶面水平和高程偏位、主缆架设精度、主缆截面有效受力面积对主缆受力状态的影响；主缆锚跨锚固连接器偏角对拉杆应力的影响；索夹偏位及吊杆长度偏差对主缆、吊杆内力的影响；钢箱加劲梁自重对主缆、吊杆等构件内力的影响和钢箱梁焊接残余应力对焊缝应力的影响程度。同时分析了构件内力对各种质量变异的敏感程度，并以此界定了不同类型施工质量变异性对成桥安全度的影响程度，得出了9种悬索桥施工质量变异的主控类型。提出了涵盖质量变异主控类型，以构件安全储备量为目标的，针对主塔、主缆、吊杆、加劲梁和锚固拉杆安全度的6个安全评价指标，即主塔混凝土抗压安全度（Tt）、主塔混凝土抗拉安全度（Tp）、主缆安全度（C）、吊杆抗拉安全度（D）、拉杆安全度（L）、钢箱梁应力安全度（G）作为悬索桥初始安全度评价指标，引入主成分分析法对评价指标降维处理并综合评分，实现了大跨径钢箱梁悬索桥桥成桥安全状态量化评价。结果表明，综合评分值能够充分反映基于施工质量的悬索桥初始安全状态，主成分综合评分越高，其安全度越高，综合评分值越低，其安全度越低，采用主成分分析法评价悬索桥初始安全状态可行且结果可靠。

目录

第1章 绪 论

1.1悬索桥发展现状

1.2研究背景及现状

1.3研究的主要内容

第2章 施工质量变异性及成因分析

2.1质量变异性

2.2主塔施工质量变异性

2.3锚碇施工质量变异性

2.4主缆施工质量变异性

2.5索夹、吊杆施工质量变异性

2.6加劲梁施工质量变异性

本章小结

第3章 悬索桥施工质量变异影响分析

3.1主塔施工质量变异影响分析

3.2锚固连接器偏角影响

3.3主缆施工质量误差影响

3.4索夹与吊杆施工质量变异影响

3.5钢箱加劲梁施工质量误差影响

本章小结：

第4章 悬索桥成桥安全状态评估

4.1悬索桥初始安全状态评价指标

4.2主成分分析法

4.3悬索桥安全状态评估

本章小结

第5章 结论与展望

5.1研究结论

5.2进一步研究的建议

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

攻读学位期间参与的课题

致谢