详情

原文传递中承式拱桥吊杆更换的优化研究

论文题名：	中承式拱桥吊杆更换的优化研究
关键词：	中承式拱桥;吊杆更换;成桥索力;变步长张拉
摘要：	随着桥梁建设事业的不断发展，中国修建了大量的中承式拱桥，相比拱桥其他结构构件而言，吊杆的设计使用年限只有20年，因此拱桥目前普遍存在着吊杆更换问题。拱桥吊杆的更换一般需要经历索力测试、确定张拉索力值、制定施工方案、更换施工并进行监控、索力再测试这几个主要步骤，本文以一座130m的中承式钢筋混凝土拱桥的吊杆更换工程为例，对上述吊杆更换步骤的关键问题进行了分析研究，工作内容可以总结如下：　　1.索力测量方法的优化。以考虑锚固区刚度影响为基础，改进了吊杆的动力学模型，利用动刚度法建立了频率方程，并用W-W算法求解方程得到计算频率，结合测量频率，建立目标优化函数，设置参数的识别范围，采用麻雀算法求解优化优化函数得到最终结果，结果中包含了索力、刚度等吊杆参数，本文将这套计算方法称为D-W-S法。利用新修建的花鱼洞大桥来验证D-W-S法精度，与传统频率法相比，D-W-S法有着较高的精度。　　2.旧桥的成桥索力的优化。本文根据旧桥的特点，提出了旧桥成桥索力优化这个概念，将麻雀算法与ANSYS参数化设计语言（APDL）相结合，以MATLAB为平台，允许麻雀算法调用APDL模型的命令代码，分别以吊杆均匀性为目标和以应变能之和最小为目标建立优化函数，限定参数的识别范围并对导出的优化模型求解，根据求解结果发现以索力均匀性为目标的索力优化方法更适合旧桥。最后将优化前和优化后的索力输入Midas有限元模型，对单片拱肋和单根横梁内力进行对比分析，结果表明桥梁结构内力状态有了很大改善，证明了利用麻雀算法结合APDL命令流对旧桥吊杆更换后成桥索力的优化是可行的。　　3.临时吊杆张拉步长的优化。本文根据Midas有限元模型，利用外荷载法将设计索力值加载到需要更换的目标吊杆上，模拟1～10次张拉施工，通过分析其对自身及附近吊杆的影响发现，分5次或6次张拉是最为合适的。制定6次等步长张拉的方案，并对张拉方案进行优化，制定变步长张拉的方案，根据两种方案模拟得到的索力和位移结果对比发现，在稳定性和安全性上，变步长张拉要更好。　　4.对于吊杆的更换施工进行监控并评价施工效果。通过对拱肋线形、桥面标高、拱肋应力和吊杆索力四部分监控结果以及静载试验结果分析，发现前面做的优化工作对于观山大桥换索工程来说起到了很大效果，延长了桥梁的使用寿命，可以为其他实际工程提供借鉴。
作者：	袁存
专业：	土木工程
导师：	杜斌
授予学位：	硕士
授予学位单位：	贵州大学
学位年度：	2022