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超大跨度斜拉桥自适应无应力构形控制法理论研究

作　者: 张永强
导　师: 颜东煌；陈常松
学　校: 长沙理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 斜拉桥自适应无应力几何非线性参数敏感性斜拉索扭转施工控制
分类号: U441.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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引　用: 6次
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内容摘要

随着斜拉桥向超大跨度方向发展,其对设计、施工及施工控制都提出了更高的要求。本文以苏通长江公路大桥为工程背景,基于自适应无应力思想,对超大跨度斜拉桥施工控制理论进行较为深入的探讨。具体的研究工作如下:(1)阐述了自适应无应力构形控制法的基本思想;分析了自适应无应力构形控制法研究的必要性和可行性;并提出了一套合理的斜拉桥自适应无应力构形控制法施工控制系统,该系统为6个子系统,预制系统、测试系统、误差处理系统Ⅰ、判断分析系统、误差处理系统Ⅱ和前进分析系统。(2)基于几何非线性有限元理论,研究了计算斜拉桥无应力构形的非线性正装迭代法。其主要内容为斜拉索无应力索长的确定、钢箱梁安装线形和制造线形的确定,并通过无应力构形法算例,验证了斜拉桥在合理成桥状态确定的情况下,其安装过程中各个构件的无应力状态(主要包括斜拉索的无应力长度,主梁和主塔的无应力曲率)始终保持不变。(3)对苏通长江公路大桥进行参数敏感性分析,从而识别出主要设计参数的敏感性程度。主要设计参数对主梁线形敏感程度由大到小为,拉索刚度、主梁重量、钢箱梁节段长度、拉索长度、主梁刚度、拉索重量、主塔刚度;对主塔偏位敏感程度由大到小为,拉索刚度、主梁重量、拉索长度、主梁刚度、钢箱梁节段长度、主塔刚度、拉索重量;对主梁内力敏感程度由大到小为,拉索刚度、主梁重量、钢箱梁节段长度、拉索长度、拉索重量、主梁刚度、主塔刚度。(4)描述了斜拉索扭转问题的出现,研究了斜拉索发生扭转的机理,提出了斜拉索扭转的无应力索长的修正公式。从理论上分析了斜拉索发生扭转的根本原因是由索端不平衡扭矩造成的,并从实践上分析了可能造成斜拉索发生扭转的三种原因。(5)对钢箱梁悬臂拼装技术进行了研究,提出了钢箱梁在悬臂拼装过程中通过局部测量确定钢箱梁的安装定位和整体测量确定整体线形的评价方法,并应用于实际工程中。并提出了保证钢箱梁平顺焊接的施工措施,为同类型大跨度桥梁施工提供了较好的借鉴。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 现代斜拉桥发展概述  11-12
  1.2 斜拉桥施工控制研究现状  12-15
    1.2.1 斜拉桥施工的开环控制  13
    1.2.2 斜拉桥施工的闭环控制  13-14
    1.2.3 斜拉桥施工的自适应控制  14-15
  1.3 问题的提出  15
  1.4 本文研究背景  15-16
  1.5 本文主要工作  16-17
第二章斜拉桥的自适应无应力构形控制法  17-27
  2.1 概述  17-18
  2.2 自适应无应力构形控制法的基本思想  18-19
  2.3 自适应无应力构形控制法的必要性  19-20
  2.4 自适应无应力构形控制法的可行性  20-21
  2.5 自适应无应力构形控制法的施工控制系统  21-25
    2.5.1 预制系统  22
    2.5.2 测试系统  22-23
    2.5.3 误差处理系统Ⅰ  23
    2.5.4 判断分析系统  23
    2.5.5 误差处理系统Ⅱ  23-24
    2.5.6 前进分析系统  24-25
  2.6 自适应无应力构形控制法尚待解决的问题  25
  2.7 本章小结  25-27
第三章计算斜拉桥无应力构形的非线性正装迭代法  27-48
  3.1 概述  27
  3.2 几何非线性有限元理论  27-32
    3.2.1 几何非线性基本原理  27-29
    3.2.2 CR坐标系  29-31
    3.2.3 增量平衡方程  31
    3.2.4 求解策略及收敛准则  31-32
  3.3 拉索无应力长度的确定  32-40
    3.3.1 悬链线索单元  33-36
    3.3.2 第一类单索问题  36-39
    3.3.3 第二类单索问题  39-40
  3.4 钢箱梁安装线形的确定  40-42
    3.4.1 梁单元切线刚度矩阵  40-41
    3.4.2 安装线形的非线性正装迭代法  41-42
  3.5 钢箱梁制造线形的确定  42-43
  3.6 无应力构形法算例  43-46
    3.6.1 结构基本参数  43-44
    3.6.2 正装施工节段分析  44-45
    3.6.3 分析结果  45-46
  3.7 本章小结  46-48
第四章无应力构形控制法的自适应过程  48-73
  4.1 概述  48
  4.2 工程背景与有限元模型  48-51
    4.2.1 工程概况  48
    4.2.2 主要计算参数  48-50
    4.2.3 有限元模型  50-51
  4.3 参数敏感性分析  51-62
    4.3.1 主塔刚度（混凝土弹性模量）  52-53
    4.3.2 主梁重量  53-54
    4.3.3 主梁刚度（弹性模量）  54-56
    4.3.4 钢箱梁节段长度（最大单悬臂）  56-57
    4.3.5 拉索刚度（弹性模量）  57-59
    4.3.6 拉索重量  59-60
    4.3.7 拉索长度  60-62
  4.4 超长斜拉索的扭转问题  62-65
    4.4.1 超长斜拉索扭转问题的出现  62-63
    4.4.2 超长斜拉索发生扭转的机理  63-64
    4.4.3 超长斜拉索发生扭转对无应力索长的影响  64-65
  4.5 误差来源及状态调整  65-71
    4.5.1 误差来源  65-67
    4.5.2 钢箱梁悬臂拼装调整  67-69
    4.5.3 斜拉索张拉控制量调整  69-71
  4.6 本章小结  71-73
结论与展望  73-75
  1 结论  73-74
  2 进一步研究设想  74-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
附录  79

超大跨度斜拉桥自适应无应力构形控制法理论研究

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