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(lái)在斜拉橋基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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?jì)的優(yōu)越受力性能、靈活多變的設(shè)計(jì)方式及宏偉美觀的外形特點(diǎn)，使矮塔斜拉橋具有廣泛的發(fā)展前景。目前，國(guó)內(nèi)修建的矮塔斜拉橋比較少，對(duì)其結(jié)構(gòu)特性了解不夠，橋梁的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和研究資料也相應(yīng)較少，橋梁施工中需要解決的問(wèn)題較多。因此，開(kāi)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(shí)用價(jià)值，本文所做工作正是在此背景下開(kāi)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?yàn)楣こ瘫尘?，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(jì)資料，應(yīng)用大型橋梁有限元軟件MIDAS/CIVIL2010將實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散。采用雙主梁模型，以空間梁?jiǎn)卧M主梁、索塔、橋墩，索單元模擬斜拉索，并根據(jù)實(shí)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(duì)有全橋有限元模型進(jìn)行一次落架計(jì)

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(jì)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(guò)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(lái)模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中荷載邊界變化情況，采用正裝迭代法對(duì)該橋進(jìn)行了施工過(guò)程仿真計(jì)算。根據(jù)計(jì)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(duì)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(duì)施工過(guò)程中實(shí)際結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作，探討了常滸河橋施工控制方面內(nèi)容。最后，對(duì)常滸河橋施工控制過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響較大的結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)進(jìn)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(diǎn)，主要依靠主梁的受彎受壓來(lái)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(duì)主梁的豎向彈性支承作用

5、相對(duì)不明顯。
　　 2.對(duì)該橋合理成橋索力優(yōu)化計(jì)算是在整體有限元模型一次落架成橋計(jì)算的結(jié)果上進(jìn)行的。利用軟件索力優(yōu)化模塊功能自動(dòng)計(jì)算并依據(jù)結(jié)構(gòu)分析經(jīng)驗(yàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)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(jì)算的一種實(shí)用方法。計(jì)算表明，該橋成橋索力優(yōu)化計(jì)算結(jié)果滿(mǎn)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(duì)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(guò)程仿真分析計(jì)算基礎(chǔ)上進(jìn)行的。以合理成橋索力及其對(duì)應(yīng)成橋狀態(tài)作為最終成橋目標(biāo)，通過(guò)軟件自動(dòng)迭代計(jì)算，可以方便獲得該橋施工過(guò)程中斜拉索的合理初張力。計(jì)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(guò)程中結(jié)構(gòu)受力安全。
　　 4.通過(guò)對(duì)該橋施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的幾何線(xiàn)形狀態(tài)、內(nèi)力分布狀態(tài)以及拉索索力狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，結(jié)合施工過(guò)程仿真分析計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行誤差分析控制、仿真分析模型計(jì)算參數(shù)識(shí)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(duì)常滸河橋進(jìn)行全過(guò)程施工控制。另外，文章提出采用由大型千斤頂組成的臨時(shí)支墩對(duì)主梁落架過(guò)程進(jìn)行位移控制的施工措施。最終成橋狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，該措施的提出對(duì)于結(jié)構(gòu)最終達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求的成橋狀態(tài)起到了巨大作用。
　　 5.針對(duì)在該橋控制計(jì)算過(guò)程及結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)狀態(tài)影響較大的計(jì)算參數(shù)，利用有限元施工過(guò)程仿真計(jì)算，對(duì)其進(jìn)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