復(fù)雜懸索橋合理設(shè)計(jì)及合理施工狀態(tài)確定.pdf

1、近十幾年來，懸索橋跨度不斷增大，構(gòu)件安全系數(shù)逐漸降低，自錨式懸索橋發(fā)展迅速，組合索橋逐漸興起，主纜成橋線形由平面向空間發(fā)展，主梁出現(xiàn)多種形式。對此，本文結(jié)合導(dǎo)師的兩個(gè)國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(編號:50778024、51078041)，以五座典型復(fù)雜懸索橋?yàn)楣こ瘫尘?，根?jù)該類橋的受力和施工特點(diǎn)，按照其設(shè)計(jì)及施工控制計(jì)算先定成橋狀態(tài)，再定施工狀態(tài)的一般順序，分別圍繞復(fù)雜懸索橋合理成橋狀態(tài)的確定、纜索系統(tǒng)施工控制、精細(xì)考慮施工期多重非線性綜

2、合影響的合理施工狀態(tài)確定這三大部分內(nèi)容開展研究，主要工作和成果如下:
　　1)在復(fù)雜懸索橋合理成橋狀態(tài)確定方面
　　(1)根據(jù)自錨式懸索橋成橋狀態(tài)與施工過程關(guān)系較小的特點(diǎn)，提出了自錨式懸索橋合理成橋狀態(tài)確定的“漸進(jìn)模型法”，即:①建立僅在各吊點(diǎn)和塔、墩處剛性支承的加勁梁模型（不考慮吊索和主纜的作用），按剛性支撐連續(xù)梁法求吊點(diǎn)處支反力，將其調(diào)勻作為吊索豎向分力初值。②建立吊索豎向分力已知的單根主纜模型，并用空間主纜找形數(shù)值解析

3、法軟件求解。③建立吊索豎向分力、主纜兩端纜力已知的靜定加勁梁模型，進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，并以加勁梁受力合理為目標(biāo)，確定新的成橋吊索豎向分力。④按新的成橋吊索豎向分力重復(fù)②、③，直至主纜和加勁梁恒載線形及內(nèi)力滿足設(shè)計(jì)要求。⑤整合主纜找形結(jié)果，在加勁梁模型的基礎(chǔ)上建立全橋有限元模型，進(jìn)行考慮可變荷載作用的檢算，根據(jù)全橋計(jì)算結(jié)果，確定吊索豎向分力修正量，重復(fù)第②～⑤步，直至恒、活載作用下全橋達(dá)到合理成橋狀態(tài)。
　　(2)首次基于空間主纜自錨式懸

4、索橋各吊索上吊點(diǎn)橫橋向坐標(biāo)由主纜與吊索間的力平衡條件自動決定的客觀規(guī)律，提出了空間主纜找形的理論、方法和流程，其關(guān)鍵是在主跨跨中指定點(diǎn)標(biāo)高（或邊跨末端標(biāo)高）達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，需修正各吊索橫橋向水平分力，重新迭代找形，直至前后兩次找形得到的各吊索力橫橋向水平分力或吊索上吊點(diǎn)橫橋向坐標(biāo)之差滿足容許值，克服了以往方法可能得到非真實(shí)解的不足。
　　(3)分析了三塔中跨斜拉-邊跨自錨式懸吊組合索橋的受力特點(diǎn)，提出了其合理成橋狀態(tài)確定的“合二為

5、一”法，即確定合理成橋狀態(tài)的同時(shí)須考慮施工過程，并在考慮施工過程以獲得合理成橋狀態(tài)的過程中對施工方案進(jìn)行不斷優(yōu)化，最終使施工狀態(tài)與成橋狀態(tài)均合理。
　　2)在復(fù)雜懸索橋纜索系統(tǒng)施工控制方面
　　探討了散索鞍（套）的預(yù)偏量控制精度要求及邊跨主纜線形控制措施;分析研究了地錨式懸索橋基準(zhǔn)索股架設(shè)線形精確計(jì)算數(shù)值解析法程序編制的必要性及原理;提出了錨跨索股張力控制值確定方法及晝夜溫差大時(shí)錨跨索股張力控制方法。
　　3)在精細(xì)考

6、慮施工期多重非線性綜合影響的合理施工狀態(tài)確定方面
　　(1)研究了利用大型通用軟件ANSYS、Midas Civil進(jìn)行復(fù)雜懸索橋成橋狀態(tài)確定及施工過程仿真的流程，詳細(xì)給出了ANSYS模擬懸索橋施工過程的建模、計(jì)算及結(jié)果后處理方法，指出了ANSYS、Midas Civil用于懸索橋施工過程模擬各自存在的缺陷。
　　(2)構(gòu)建了基于精確彈性懸鏈線理論且隱含考慮了主纜與鞍座圓弧切點(diǎn)修正，同時(shí)將鞍座頂推模擬融為一體，但無需考慮塔端

7、節(jié)點(diǎn)抗彎剛度的鞍座-索單元。以此為基礎(chǔ)，綜合其它已成熟的復(fù)雜懸索橋多重非線性靜力整體分析的空間桿系有限元理論，開發(fā)了考慮幾何非線性、收縮徐變、鞍座頂推、主纜鞍座切點(diǎn)修正、吊索與斜拉索多次張拉等多重非線性因素耦合的解析法與有限元法結(jié)合的計(jì)算軟件，并通過了算例和實(shí)橋的驗(yàn)證。
　　(3)優(yōu)化確定了三座形式各異的大跨度自錨式懸索橋體系轉(zhuǎn)換的吊索張拉方案及一座復(fù)雜的三塔中跨斜拉-邊跨自錨式懸吊組合索橋的合理施工方案，包括:
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8、由主塔向散索套或跨中向兩側(cè)張拉均不滿足錨跨索股與其錨固導(dǎo)管構(gòu)造要求的散索套底下無支撐錨固結(jié)構(gòu)的自錨式懸索橋，提出了先張拉散索套附近第一根滿足構(gòu)造要求的永久吊索，然后由此吊索起，按先逐步向散索套，再逐步向主塔張的順序張拉永久吊索的體系轉(zhuǎn)換方案，以解決該類自錨式懸索橋無法設(shè)散索套臨時(shí)支撐錨固裝置及臨時(shí)吊索錨固裝置的難題。
　?、卺槍﹄p塔單跨大橫向傾角空間主纜自錨式懸索橋，提出了“在適當(dāng)時(shí)機(jī)張拉臨時(shí)索附近的永久吊索，以克服臨時(shí)索容許索力

9、不足的缺陷”的調(diào)索思路，并通過優(yōu)化計(jì)算，獲得了無需主動放松臨時(shí)索的該類自錨式懸索橋體系轉(zhuǎn)換方案。
　?、壅撟C了平面主纜雙塔三跨自錨式懸索橋“邊中共進(jìn)、逐步推進(jìn)”的體系轉(zhuǎn)換方案。該方案相對于“邊中共進(jìn)、多輪循環(huán)”、“先邊后中、逐步推進(jìn)（或多輪循環(huán)）”的方案在安全性相當(dāng)?shù)臈l件下均具有工期快、施工機(jī)具利用率高的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。
　?、苷撟C了三塔中跨斜拉-邊跨自錨式懸吊組合橋“先合梁后架纜”總體施工方案。該方案相對于“先各自獨(dú)立成橋再合攏