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空间扭转系杆拱桥体系转换过程施工监控研究

杨磊  
【摘要】:空间扭转系杆拱桥是一种新型桥梁结构,其造型独特,轻盈美观,近年来在城市桥梁建设中开始得到应用和发展。但由于主拱肋存在一定的扭转角度,使得桥梁结构受力变得复杂,增加了施工难度,必须进行全过程的施工监控。特别地,对于施工中的重要体系转换过程,由于其对结构的影响很大,应进行严格地控制,否则将直接影响到桥梁的后续施工及成桥理想目标的实现。针对上述问题,本文以阳湖大桥为工程背景,研究了其施工体系转换过程中的一些关键环节,主要完成的工作如下: 1.对于主拱支架拆除、拱结构受力体系形成的转换过程,由于主拱结构形式及支架系统的特殊性,使得落架过程变得相对复杂。通过选择适当的有限元单元,建立了支架拆除过程的ANSYS有限元模型,并在正装计算法的基础上对不同的方案进行了模拟。模拟分析的结果表明,监控方案的应力与挠度控制值均较小,故将其定为最终方案用于指导整个支架拆除施工。 2.吊杆张拉是整个系杆拱桥施工体系转换过程的重要环节,拱梁闭合受力体系至此形成,通过对吊杆张拉顺序的优化可以有效减小对结构产生的影响并保障施工安全。在对各种吊杆张拉计算方法进行比较后,以倒装法为基础建立了ANSYS空间计算模型。选取主拱肋指定截面应力、吊杆初始张拉力以及张拉过程中吊杆力作为优化控制目标,并利用高级分析语言APDL编制相应的循环倒装程序,用于求解最优顺序。以得到的最优顺序施工后进行了相关的测试,结果表明该优化方法计算正确,也保证了张拉施工的安全有序进行。 3.吊杆张拉阶段需对主拱肋的线形进行控制,以保障施工完毕后能达到设计理想目标。针对实际施工过程中的拱肋挠度理论计算值和实测值之间的偏差,运用一般离散线性系统Kalman滤波控制理论,建立吊杆张拉过程纠偏终点控制理论模型。在模型的基础上,通过不断地量测及索力调整,最终使线形误差控制在一定范围内,符合施工控制的要求。 本文对系杆拱桥施工体系转换过程进行了研究,并将其运用于阳湖大桥的实际施工监控中,取得了较好的效果。本文的研究成果也可为同类桥型的监控提供一定的参考与借鉴。


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