矮塔斜拉橋施工控制與索力優(yōu)化研究.pdf

1、矮塔斜拉橋是近些年來在斜拉橋基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的橋梁結(jié)構(gòu)形式，兼具有連續(xù)梁橋和常規(guī)斜拉橋的受力特性。由于其剛?cè)嵯酀膬?yōu)越受力性能、靈活多變的設(shè)計方式及宏偉美觀的外形特點，使矮塔斜拉橋具有廣泛的發(fā)展前景。目前，國內(nèi)修建的矮塔斜拉橋比較少，對其結(jié)構(gòu)特性了解不夠，橋梁的建設(shè)經(jīng)驗和研究資料也相應(yīng)較少，橋梁施工中需要解決的問題較多。因此，開展矮塔斜拉橋索力優(yōu)化分析和施工監(jiān)控研究具有重要的理論意義和實用價值，本文所做工作正是在此背景下開展的。

2、
　　 本文以正在建設(shè)中的常熟市常滸河矮塔斜拉橋--等截面主梁、雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋為工程背景，充分考慮矮塔斜拉橋結(jié)構(gòu)構(gòu)造與受力特性，依據(jù)該橋設(shè)計資料，應(yīng)用大型橋梁有限元軟件MIDAS/CIVIL2010將實際結(jié)構(gòu)進行離散。采用雙主梁模型，以空間梁單元模擬主梁、索塔、橋墩，索單元模擬斜拉索，并根據(jù)實際情況合理設(shè)置邊界條件約束剛度，建立該橋整體有限元模型。根據(jù)結(jié)構(gòu)成橋狀態(tài)下結(jié)構(gòu)所受荷載，對有全橋有限元模型進行一次落架計

3、算，在此基礎(chǔ)上根據(jù)影響矩陣調(diào)值原理，利用軟件自帶的“未知荷載系數(shù)”模塊，以結(jié)構(gòu)成橋彎曲應(yīng)變能最小為優(yōu)化目標(biāo)，設(shè)置合理的索力優(yōu)化約束條件，優(yōu)化計算常滸河橋合理成橋索力。
　　 根據(jù)常滸河橋的施工方法，合理劃分施工階段并通過定義不同階段內(nèi)結(jié)構(gòu)組、荷載組與邊界組激活與鈍化狀態(tài)的方式來模擬實際結(jié)構(gòu)施工過程中荷載邊界變化情況，采用正裝迭代法對該橋進行了施工過程仿真計算。根據(jù)計算結(jié)果，應(yīng)用“施工階段-未知荷載系數(shù)”模塊，以合理成橋索力及對應(yīng)

4、成橋狀態(tài)為目標(biāo)，確定常滸河橋斜拉索合理施工初張力。此外，結(jié)合對施工過程中實際結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場監(jiān)測工作，探討了常滸河橋施工控制方面內(nèi)容。最后，對常滸河橋施工控制過程中對結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響較大的結(jié)構(gòu)計算參數(shù)進行敏感性分析。綜合以上工作，本文得出以下結(jié)論：
　　 1.矮塔斜拉橋具有“塔矮、梁剛、索平”的總體構(gòu)造特點，主要依靠主梁的受彎受壓來抵抗恒活荷載，斜拉索的作用主要是為主梁提供體外大偏心預(yù)應(yīng)力以改善主梁內(nèi)力分布狀態(tài)，而對主梁的豎向彈性支承作用

5、相對不明顯。
　　 2.對該橋合理成橋索力優(yōu)化計算是在整體有限元模型一次落架成橋計算的結(jié)果上進行的。利用軟件索力優(yōu)化模塊功能自動計算并依據(jù)結(jié)構(gòu)分析經(jīng)驗對計算結(jié)果進行局部人為調(diào)整，是矮塔斜拉橋在已配置梁體預(yù)應(yīng)力筋條件下，合理成橋索力優(yōu)化計算的一種實用方法。計算表明，該橋成橋索力優(yōu)化計算結(jié)果滿足成橋狀態(tài)控制目標(biāo)要求，可以作為合理成橋索力目標(biāo)。
　　 3.對該橋斜拉索合理施工初張力的確定是依據(jù)正裝迭代法和最小二乘法原理，在該橋

6、施工過程仿真分析計算基礎(chǔ)上進行的。以合理成橋索力及其對應(yīng)成橋狀態(tài)作為最終成橋目標(biāo)，通過軟件自動迭代計算，可以方便獲得該橋施工過程中斜拉索的合理初張力。計算表明，該組斜拉索合理初張力能夠使得結(jié)構(gòu)按照既定施工方法達(dá)到合理成橋狀態(tài)目標(biāo)，而且能保證施工過程中結(jié)構(gòu)受力安全。
　　 4.通過對該橋施工過程中結(jié)構(gòu)的幾何線形狀態(tài)、內(nèi)力分布狀態(tài)以及拉索索力狀態(tài)的實時監(jiān)測，結(jié)合施工過程仿真分析計算結(jié)果，進行誤差分析控制、仿真分析模型計算參數(shù)識別修正

7、以及結(jié)構(gòu)后續(xù)施工狀態(tài)調(diào)整等工作，以自適應(yīng)控制系統(tǒng)思想對常滸河橋進行全過程施工控制。另外，文章提出采用由大型千斤頂組成的臨時支墩對主梁落架過程進行位移控制的施工措施。最終成橋狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果顯示，該措施的提出對于結(jié)構(gòu)最終達(dá)到設(shè)計目標(biāo)要求的成橋狀態(tài)起到了巨大作用。
　　 5.針對在該橋控制計算過程及結(jié)構(gòu)實時監(jiān)測過程中對結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響較大的計算參數(shù)，利用有限元施工過程仿真計算，對其進行了敏感性分析。從分析結(jié)果可以看出，結(jié)構(gòu)自重誤差及斜拉索施