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大跨度斜拉桥几何非线性及施工控制研究

张鸿  
【摘要】: 与悬索桥相比,现代斜拉桥具有结构刚度大、轴向受力呈自锚体系、悬臂施工方法简便等特点,在抗风稳定性、经济性、特别是适应恶劣的地质条件等方面具有明显的优势。因此,在超大跨度桥梁方案选型上,斜拉桥作为同悬索桥最具有竞争力的桥型,开始越来越受到设计师的青睐。目前,超过千米的斜拉桥目前还没有成功经验可以借鉴,随着斜拉桥跨度的增加,高强材料的应用,斜拉桥刚度下降较快,某些常规跨度范围内不太重要的因素可能会上升为制约因素,几何非线性就是其中之一。另外,斜拉桥作为一种设计与施工之间“高度耦合”的桥型,关于施工方法和施工控制问题的研究也一直备受关注。 本文以苏通长江公路大桥为工程背景,针对千米级跨度斜拉桥的非线性特征,以及由此引起的斜拉桥施工控制问题,对大跨度斜拉桥的非线性进行了有限元分析,对大跨度斜拉桥的非线性特性和施工控制进行了研究,对几何控制法进行了较为系统的分析研究,并将其应用于苏通长江公路大桥的施工控制中;并对施工中的各个环节、各道工序进行科学合理的组织施工,对施工过程进行科学、严格、有效的监测监控,使大跨度斜拉桥施工中的索力、线形及塔顶偏位等参数指标满足设计要求,保证了大跨度斜拉桥的施工安全和施工质量。论文的主要内容如下: (1)概述了目前在大跨度斜拉桥非线性和施工控制方面的研究现状,针对当前斜拉桥大跨度化发展趋势,指出了非线性和施工控制方面需要进一步研究的问题。 (2)介绍了斜拉桥的施工控制系统和方法,对斜拉桥施工控制的任务、内容、原则、方法以及影响因素进行了阐述,讨论了斜拉桥施工过程的仿真分析方法以及结构分析方法。 (3)对斜拉桥的非线性理论进行了介绍,对斜拉桥的几何非线性的理论和方法进行了归纳,并介绍了几何非线性的有限元数值解法。 (4)对苏通长江公路大桥的非线性静力行为进行了分析,对施工过程进行了仿真模拟,得到了施工阶段的计算结果,并将非线性结果和线性理论所得的结果进行了比较分析,研究了非线性效应的程度;另外还对非线性的影响参数进行了分析,对苏通长江公路大桥的施工过程的结构性能进行了评估。 (5)阐述了“几何控制法”的基础思想和原则,制定了几何控制的实施流程。采用确定性方法对大桥施工控制中的主要参数进行了敏感性分析。介绍了几何控制法的基本思想,对影响控制精度的参数进行了不确定性和敏感性分析,对几何控制的原则和精度控制要求进行了研究。 (6)将“几何控制法”应用于苏通长江公路大桥的施工控制,介绍了几何控制法的组织实施和施工监测等内容。对几何控制在斜拉桥施工的计划阶段、预制阶段、安装阶段的内容进行了阐述,包括关键技术问题、解决方法、影响因素分析、误差控制原则和调整方法、环境因素的处理方法等。 (7)最后对本文的研究进行了总结,并对将来进一步展开的研究工作进行了展望。


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