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悬浇拱桥施工控制下扣锚体系成本优化设计

纠春晓  
【摘要】:大跨度钢筋混凝土拱桥具有较好的抗震性能和耐久性,是山区环境下最具竞争力的设计方案之一,而采用悬臂浇筑法施工则能够节省场地,更易于突破山区地形限制,理论上可与该设计方案形成“天作之合”。然而该方法的锚索锚固位置选择通常有限,在很多情况下将无法避免使用超长扣、锚索。为保证扣索工作效率,扣索倾角不宜过小,塔架高度也须相应提高,而这将会带来塔架及扣锚索等临时结构材料的巨大耗费。因此,如何寻求合理的扣锚体系设计参数,从而在保证施工安全的前提下避免临时结构材料的不合理耗费,是一个值得关注的优化设计问题。本文以沙坨特大桥为工程背景,针对斜拉扣挂体系的设计参数实施优化设计研究。主要工作包括:(1)针对悬臂浇筑混凝土拱桥的施工过程,利用ANSYS中“单元生死技术”建立施工过程参数化模型,同时推导了应力平衡法确定合理施工索力的计算公式,并采用MATLAB编写相应的计算程序。(2)选取塔架高度和扣索锚固点竖向距离作为主要设计控制变量,选取塔架锚固体系的成本作为目标函数,充分考虑拱圈应力范围、塔架稳定性要求及索力灵敏度等施工安全限制,利用MATLAB与ANSYS交互环境进行联合优化。(3)针对塔架位置不同和扣索与塔架单价比值不同两种情况,本文分别探讨了他们对优化计算结果与收敛速度的影响。优化分析表明,优化计算能够显著降低临时结构的成本。随着塔架到拱脚距离的增大,塔架高度大致呈现升高的趋势,索与塔架材料价格比值较大时,最优设计塔架高度较大;在算法的收敛性方面,距离的变化对收敛速度的影响较小,算法收敛性好;斜拉扣索与塔架单价比值的变化对算法收敛速度影响较大,随着斜拉扣索材料价格的增加,收敛速度逐渐变慢。


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