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原文传递大跨度多肋钢桁拱桥施工控制理论与方法研究

论文题名：	大跨度多肋钢桁拱桥施工控制理论与方法研究
关键词：	大跨度多肋钢桁拱桥;施工控制;多肋分肋吊装;扣索力算法;一次张拉法;成桥状态;误差分析
摘要：	近二十多年来,大跨度钢拱桥在国内得到迅速发展,但对采用无支架缆索吊装施工的大跨度多肋钢桁拱桥,受缆索吊装系统起吊能力的限制采用分肋安装时,肋间高程差、扣索索力、施工误差分析、合理成桥状态等施工关键技术,国内外均未开展过深入系统地研究。本文依托大宁河特大桥建设,结合重庆市交委重点科研项目“特大跨度多肋钢桁拱桥设计与施工关键技术研究”(编号:WFKY-003-40117),开展以下研究工作: 　　①围绕扣索力与拱肋节段位移的相互关系,以扣索张拉引起的扣索刚度改变为结构的一阶摄动,运用摄动方法推导出采用一次张拉法的大跨径钢桁拱桥斜拉扣挂施工中扣索张拉的几何刚度矩阵,从理论上证明了扣索张拉量与扣索索力及拱肋位移增量呈线性关系。在此基础上推导了单肋及多肋(三肋)分肋吊装施工的扣索力、拱肋位移计算公式并提出了相应算法。为了满足多肋(三肋)分肋吊装肋间横联需要水平安装的要求,提出了多肋(三肋)分肋吊装的扣索力算法。　　②基于无应力状态法,开展了大跨度钢桁架拱桥合理成桥状态研究,推导了大跨径钢桁拱桥最大悬臂状态下拱肋弹性压缩所导致的拱顶合龙段无应力状态改变量计算公式。运用优化原理开展了以拱顶合龙段无应力状态改变量最小为目标的索力优化计算,得到了一组在分阶段施工中实现合理成桥状态的索力。大宁河特大桥的工程实践表明,该方法用于确定大跨度钢桁架拱桥合理成桥状态是可行的。　　③将实际施工误差等效为结构无应力状态改变量,提出了扣索无应力长度、拱肋节段无应力长度、拱肋节段接头段无应力曲率三类误差及其仿真算法。针对大宁河特大桥,开展了上述三类误差的敏感性分析;结合扣索力限值、现有规范对拱肋高程容许误差的规定及扣索无应力长度误差敏感性分析的结论,推导了各施工阶段扣索无应力长度容许误差计算公式,得到了各施工阶段扣索无应力长度容许误差和对应的节段预抬量容许误差。　　④以大型有限元分析软件ANSYS为平台,运用APDL开发了大跨径多肋钢桁拱桥施工控制系统。系统包括了前进分析、后退分析、合理成桥状态分析、结构无应力状态量计算、结构无应力状态量修正,温度误差修正、扣背索索力与扣塔位移计算等特殊计算模块。　　⑤介绍了大宁河特大桥缆索吊装系统及本文研发施工控制系统在主拱吊装施工控制中的应用情况。在施工过程中大桥始终处于良好受控状态,各施工阶段理论值与实际量测数据吻合良好,大桥合龙后拱轴线竖向最大偏差仅为30mm,横向最大偏差为3mm,扣塔偏位及拱肋截面应力均满足现行规范及施工要求,表明本文的研究成果是合理可靠的,有效地指导了大宁河特大桥的建设。
作者：	田维锋
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	张亮亮
授予学位：	博士
授予学位单位：	重庆大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文