大桥施工过程中主塔位移对塔吊结构的影响研究

摘要

无背索斜拉桥依靠塔身向岸侧倾斜来平衡主梁的重力和轴力，主塔对整个结构起关键作用。本文以苏州宝带西路新建的无背索斜拉桥施工为背景，根据大桥主塔施工过程中主塔—吊机附着位置以及施加于主塔上的荷载情况，采用有限元方法分析了主塔位移对塔吊结构的影响，探讨了桩—土相互作用和附臂刚度等因素对塔吊结构位移和应力的影响，并探讨了塔架结构动力特性的一种简化计算方法和土—结构相互作用因素对结构动力特性的影响。 本文首先分别对塔吊结构的实际四种工况进行了计算分析，获得了不考虑自重条件下塔吊结构的附加位移和附加应力。在本文计算的四种工况中，工况—在塔吊结构顶部引起了最大的水平向附加位移，其值为±17.9cm；工况四在塔吊结构底部引起了了最大的竖向附加应力，其值为±2.23×107Pa；附臂刚度对塔吊结构的应力影响明显。在刚性附臂的假设条件下，用有限元法计算获得的塔吊结构底部附加应力显著增大；组合工况一、塔吊结构自重和臂长40m时的吊重15t工况，对塔吊结构进行了位移分析，结果表明，在这种组合工况下塔吊结构的最大水平位移达±29.5cm；组合工况四、塔吊结构自重和臂长40m时的吊重15t工况；对塔吊结构进行了应力分析，结果表明，在这种组合工况下塔吊结构在附臂附近产生了较大的应力，最大值达±0.16×109Pa，占相应16Mn钢屈服强度值325MPa的49％；利用相互作用体系三维分析模型，分别对四种工况下土—桩—塔吊结构相互作用体系进行了位移和应力计算。通过与刚性地基条件下塔吊结构相应工况的数值结果比较，可以发现，土—结构相互作用因素对塔吊结构位移的影响不明显，而对塔吊结构底部杆件的应力影响较大；采用Lanczos法分别对刚性地基条件下的塔吊结构和土—桩—塔吊上部结构相互作用体系进行了动力特性计算，获得了塔吊结构的自振频率和振型等结果。分析结果表明，在本文的场地条件下，土—结构相互作用因素对塔吊结构的前4阶自振频率影响甚少，因此在塔吊结构的风振响应分析中，可不计及土—结构相互作用的影响；探讨了塔架结构动力特性的一种简化分析方法。结果表明，这一方法适用于塔架结构风振计算的工程要求。

目录

文摘

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2苏州市宝带西路大桥施工过程概况及研究问题的提出

§1.3本文的主要研究工作

第二章单元刚度矩阵及塔吊结构分析模型的建立

§2.1概述

§2.2塔吊上部结构的有限元离散

§2.3群桩基础有限元离散及相互作用体系的建立

§2.4小结

第三章刚性地基条件下主塔位移对塔吊结构的影响

§3.1概述

§3.2计算工况的确定

§3.3刚性地基条件下主塔位移对塔吊结构的影响

§3.3.1塔吊结构四种工况计算与分析

§3.3.2考虑吊重时塔吊结构的位移和应力分析

§3.4小结

第四章土—桩—塔吊上部结构共同作用体系的静力分析

§4.1引言

§4.2地基土参数及计算边界的确定

§4.3土—结构相互作用因素对塔吊结构位移和应力的影响分析

§4.5小结

第五章塔吊结构动力特性分析

§5.1引言

§5.2土—结构相互作用对塔吊结构动力特性的影响分析

§5.3塔吊结构动力特性的一种简化计算

§5.4小结

第六章总结与展望

§6.1研究总结

§6.2展望

参考文献

致谢

附录