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原文传递矮塔斜拉桥施工控制与索力优化研究

论文题名：	矮塔斜拉桥施工控制与索力优化研究
关键词：	混凝土矮塔斜拉桥;索力优化;施工控制;参数敏感性分析;受力特性
摘要：	矮塔斜拉桥是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新型的桥梁结构形式，兼具有连续梁桥和常规斜拉桥的受力特性。由于其刚柔相济的优越受力性能、灵活多变的设计方式及宏伟美观的外形特点，使矮塔斜拉桥具有广泛的发展前景。目前，国内修建的矮塔斜拉桥比较少，对其结构特性了解不够，桥梁的建设经验和研究资料也相应较少，桥梁施工中需要解决的问题较多。因此，开展矮塔斜拉桥索力优化分析和施工监控研究具有重要的理论意义和实用价值，本文所做工作正是在此背景下开展的。　　本文以正在建设中的常熟市常浒河矮塔斜拉桥--等截面主梁、双塔双索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为工程背景，充分考虑矮塔斜拉桥结构构造与受力特性，依据该桥设计资料，应用大型桥梁有限元软件MIDAS/CIVIL2010将实际结构进行离散。采用双主梁模型，以空间梁单元模拟主梁、索塔、桥墩，索单元模拟斜拉索，并根据实际情况合理设置边界条件约束刚度，建立该桥整体有限元模型。根据结构成桥状态下结构所受荷载，对有全桥有限元模型进行一次落架计算，在此基础上根据影响矩阵调值原理，利用软件自带的“未知荷载系数”模块，以结构成桥弯曲应变能最小为优化目标，设置合理的索力优化约束条件，优化计算常浒河桥合理成桥索力。　　根据常浒河桥的施工方法，合理划分施工阶段并通过定义不同阶段内结构组、荷载组与边界组激活与钝化状态的方式来模拟实际结构施工过程中荷载边界变化情况，采用正装迭代法对该桥进行了施工过程仿真计算。根据计算结果，应用“施工阶段-未知荷载系数”模块，以合理成桥索力及对应成桥状态为目标，确定常浒河桥斜拉索合理施工初张力。此外，结合对施工过程中实际结构的现场监测工作，探讨了常浒河桥施工控制方面内容。最后，对常浒河桥施工控制过程中对结构状态影响较大的结构计算参数进行敏感性分析。综合以上工作，本文得出以下结论：　　 1.矮塔斜拉桥具有“塔矮、梁刚、索平”的总体构造特点，主要依靠主梁的受弯受压来抵抗恒活荷载，斜拉索的作用主要是为主梁提供体外大偏心预应力以改善主梁内力分布状态，而对主梁的竖向弹性支承作用相对不明显。　　 2.对该桥合理成桥索力优化计算是在整体有限元模型一次落架成桥计算的结果上进行的。利用软件索力优化模块功能自动计算并依据结构分析经验对计算结果进行局部人为调整，是矮塔斜拉桥在已配置梁体预应力筋条件下，合理成桥索力优化计算的一种实用方法。计算表明，该桥成桥索力优化计算结果满足成桥状态控制目标要求，可以作为合理成桥索力目标。　　 3.对该桥斜拉索合理施工初张力的确定是依据正装迭代法和最小二乘法原理，在该桥施工过程仿真分析计算基础上进行的。以合理成桥索力及其对应成桥状态作为最终成桥目标，通过软件自动迭代计算，可以方便获得该桥施工过程中斜拉索的合理初张力。计算表明，该组斜拉索合理初张力能够使得结构按照既定施工方法达到合理成桥状态目标，而且能保证施工过程中结构受力安全。　　 4.通过对该桥施工过程中结构的几何线形状态、内力分布状态以及拉索索力状态的实时监测，结合施工过程仿真分析计算结果，进行误差分析控制、仿真分析模型计算参数识别修正以及结构后续施工状态调整等工作，以自适应控制系统思想对常浒河桥进行全过程施工控制。另外，文章提出采用由大型千斤顶组成的临时支墩对主梁落架过程进行位移控制的施工措施。最终成桥状态监测结果显示，该措施的提出对于结构最终达到设计目标要求的成桥状态起到了巨大作用。　　 5.针对在该桥控制计算过程及结构实时监测过程中对结构状态影响较大的计算参数，利用有限元施工过程仿真计算，对其进行了敏感性分析。从分析结果可以看出，结构自重误差及斜拉索施工初张力误差对结构施工及成桥状态影响最大，另外混凝土收缩徐变对结构状态也有着不可忽视的影响。　　本文对多跨等截面预应力混凝土矮塔斜拉桥索力的优化研究有助于了解这种新型桥梁结构形式的受力特点，并提出一种在已配置梁体预应力条件下，基于MIDAS/CIVIL2010软件进行合理成桥索力及拉索合理施工张拉力优化计算的实用方法。文章对于该桥施工控制内容的探讨，对类似工程的施工控制具有较大的实用参考价值。
作者：	续若楠
专业：	土木工程;防灾减灾工程及防护工程
导师：	缪长青
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文