详情

原文传递基于分步算法的混合式叠合梁斜拉桥索力优化及合理施工状态研究

论文题名：	基于分步算法的混合式叠合梁斜拉桥索力优化及合理施工状态研究
关键词：	混合式叠合梁斜拉桥;施工状态;索力优化;分步算法
摘要：	斜拉桥理想成桥状态与合理施工状态的结构分析是其设计的重点和难点，两者为相辅相成的关系，当斜拉桥的结构体系布置与恒载分布确定之后，斜拉索的索力成为了控制全桥受力状态的核心，即如何确定和优化成桥索力从而使斜拉桥达到合理的成桥受力状态，以及如何确定合理的施工状态即包括安全，经济的施工工序设计和施工控制张拉索力的取值，从而使斜拉桥达到预先确定的合理成桥状态，目的都是为了斜拉桥最终合理状态的实现。对于中跨采用钢混叠合梁，而边跨采用预应力混凝土梁的混合式叠合梁斜拉桥而言，除了具有斜拉桥的共性之外，还具有其自身的特点，本文以某大跨混合式叠合梁斜拉桥为工程研究背景，在其合理成桥索力及合理施工状态的确定这两个方面进行研究，主要研究内容及结论如下: 　　1.采用梁格梁单元模拟钢主梁、板单元模拟混凝土桥面板及湿接缝，二者通过弹性连接进行联系来精确模拟叠合梁，并建立全桥有限元分析模型。　　2.针对混合式叠合梁斜拉桥独特的结构特点，提出一种简便有效的成桥状态索力优化的分步算法，即先采用恒载平衡法初拟斜拉桥的恒载索力，再根据索力对其主梁位移的影响矩阵来进行索力的进一步调整，最后在考虑恒载和活载的共同作用下结合MidasCivil的索内力调幅模块来确定满足混合式叠合梁斜拉桥合理成桥状态时各个构件受力和变形要求的斜拉索索力。实桥验算结果表明，该算法简便有效，调整灵活，计算精度较高，且成桥线形的拟合较好。　　3.在叠合梁主梁设计施工方法的基础上拟定三种能提高主梁施工效率的优化施工方法，并基于倒拆和正装迭代法求解这三种方法的合理施工状态。由各优化施工方法的有限元模型施工全过程分析计算结果得出:各优化施工方法成桥线形均小于成桥线形控制误差，且在成桥阶段及施工过程中斜拉索张拉的应力安全系数均在2.80以上，即斜拉索都有充足的安全储备;湿接缝滞后两个节段浇筑的施工方法在成桥阶段及施工过程中钢主梁应力最大、湿接缝滞后一个节段浇筑的施工方法钢主梁应力次之、而每个节段的湿接缝分先后两次浇筑的钢主梁应力最小且与设计方案较为接近，但是每个节段湿接缝分先后两次浇筑的施工方法在施工过程中桥面板拉应力过大，超出了材料的容许强度，而湿接缝滞后两个节段的施工方法在施工过程中桥面板的拉应力最小，有足够的拉应力安全储备。　　4.根据三种优化施工方法的计算结果，在综合考虑叠合梁主梁施工工期、成桥阶段及施工过程中结构的受力安全和拉索张拉可行性、安全性等因素下确定采用其中一种优化施工方法并对其张拉索力进行优化调整后作为本桥的最优施工方法，即首先在基于正装迭代计算结果的基础上以施工过程中主梁上下缘应力作为优化目标来进行迭代试算，确保钢主梁和桥面板的应力处于较大的安全范围内，然后在施工成桥以前以预先确定的理想成桥状态为目标，运用影响矩阵对全桥索力来进行调整，最终达到了理想成桥状态的要求。
作者：	李文斌
专业：	土木工程
导师：	王达
授予学位：	硕士
授予学位单位：	长沙理工大学
学位年度：	2021