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钢管混凝土拱桥缆索吊装扣锚索一体化施工控制研究

周琳淇  
【摘要】:国内建造的钢管混凝土拱桥,除少数采用转体施工和少支架施工法外,绝大多少采用缆索吊装悬臂拼装法施工。国内早期建造的钢管混凝土拱桥,多采用扣锚索一体的施工方案。但由于不能准确模拟索鞍和扣索,且扣索的不平衡水平力会造成塔架偏位,因此在随后施工中普遍采用扣索和锚索分离的布置。近年来国内又开始采用扣锚索一体化的施工方案,并且改进了转向索鞍构造。本文以主跨320m马滩红水河特大桥为研究对象,开展了如下工作:(1)在收集国内外研究的基础上,借鉴悬索桥索鞍和滑轮上滑索单元的模拟方法,开展拱桥施工过程控制分析中精确模拟索鞍分析。基于刚度方程分别推导出单个索鞍、两个索鞍及计入墩(塔)抗推刚度影响的弹性剪切刚度计算公式。基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的精确解,利用处于平衡状态时索与鞍座之间的内力关系,建立双单元的“鞍座单元”。由于扣锚索一体化索段长度比扣锚分离索段长度要长,提出用悬链线解析解方法分析通索的几何非线性问题。(2)扣锚索一体化施工仿真方法研究,结合转向索鞍单元和模拟拱铰轴摩阻力方法,推导出分肋安装时上下游索力自动计算公式,采用有限元方法建立马滩红水河全桥施工控制模型,对比理论计算与施工实测数据,验证施工仿真方法的正确性,最后开展了扣锚索一体化对拱肋线形和塔架偏位影响的分析。(3)在已有的拱桥斜拉扣索力优化理论的基础上,对比仅控制拱肋松索成拱线形的优化目标,提出“过程—结果”双重控制的索力优化方法,进一步建立考虑施工误差的斜拉扣挂索力实时优化模型,并且提出施工误差“可行域”计算方法,探讨实现索力优化的自动优化计算的遗传算法。并且根据此“过程—结果”对马滩红水河特大桥进行实际施工监控,实现钢管混凝土拱桥扣锚索一体化施工高精度控制。


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