多塔空間索斜拉橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、多塔空間索斜拉橋以其結(jié)構(gòu)造型美觀、對(duì)通航、地形和地質(zhì)狀況適應(yīng)性強(qiáng)，抗扭和抗風(fēng)性能好等優(yōu)點(diǎn)越來越受到青睞。以往多塔空間索斜拉橋的研究主要集中在多塔斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系、剛度提高措施和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面，而在其施工控制方面的研究相對(duì)較少，尚有不少問題值得深入研究和完善。
　　本文主要以嘉紹大橋六塔空間索斜拉橋和馬鞍山長(zhǎng)江公路大橋三塔空間索斜拉橋?yàn)楸尘埃瑖@施工過程中無鋪裝層箱梁溫度場(chǎng)、合理施工狀態(tài)和合理成橋狀態(tài)確定、斜拉橋參數(shù)靈敏度分析與重要

2、工序論證、空間四索面斜拉索素力橫向分配方案確定、箱梁剪力滯效應(yīng)、施工臨時(shí)荷載下鋼箱梁局部受力行為等施工控制方面的相關(guān)問題開展了一系列研究，主要工作與成果如下:
　　(1)針對(duì)我國(guó)橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范未給出無鋪裝層鋼箱梁、混凝土PK斷面梁日照溫度梯度和采用實(shí)測(cè)方法確定其溫度梯度工作量大的不足，通過杭州江東大橋鋼箱梁和馬鞍山大橋混凝土PK斷面梁豎向溫度場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算和實(shí)橋測(cè)試，提出了無鋪裝層鋼箱梁和混凝土PK斷面梁的豎向溫度梯度?？赏茝V應(yīng)用于我

3、國(guó)無鋪裝層鋼箱梁和混凝土PK斷面梁日照溫度場(chǎng)的確定。其中，無鋪裝層鋼箱梁豎向溫度梯度經(jīng)廣州東沙大橋鋼箱梁日照溫度場(chǎng)實(shí)測(cè)驗(yàn)證。影響兩種主梁豎向日照溫度梯度因素的研究表明:太陽輻射吸收率對(duì)其影響較大，風(fēng)速對(duì)其影響相對(duì)較小。本文確定的豎向溫度梯度對(duì)無鋪裝層鋼箱梁應(yīng)力和線形的影響顯著。
　　(2)針對(duì)目前斜拉橋合理狀態(tài)確定中先確定合理成橋狀態(tài)再確定合理施工狀態(tài)計(jì)算難以閉合或計(jì)算繁瑣且工作量大的問題，提出了確定斜拉橋合理施工狀態(tài)與成橋狀態(tài)的

4、合二為一法?；舅悸窞?根據(jù)規(guī)范和設(shè)計(jì)確定的施工過程和成橋狀態(tài)下控制參數(shù)的容許范圍，綜合利用結(jié)構(gòu)自重恒載平衡法、結(jié)構(gòu)應(yīng)力和塔頂偏位控制法確定斜拉索初張力初值，利用正裝迭代法確定斜拉橋索初張力和調(diào)索索力，使橋梁各施工工況結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀態(tài)均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，使成橋后作用效應(yīng)組合應(yīng)力符合規(guī)范和設(shè)計(jì)要求且有一定的安全儲(chǔ)備。
　　(3)針對(duì)用橫梁連成整體的雙幅主梁空間四索面斜拉橋索力橫向分配問題，根據(jù)力學(xué)基本原理，進(jìn)行單幅主梁施工節(jié)段的橫橋向

5、靜力分析，引入扭矩平衡條件，推導(dǎo)了四索面斜拉索初張拉和成橋狀態(tài)內(nèi)外側(cè)索力比值確定公式，提出了四索面斜拉橋索力橫向分配的零扭矩法。基于零扭矩法索力計(jì)算公式確定的嘉紹大橋主梁施工過程和成橋狀態(tài)的內(nèi)外側(cè)索力比值差別不大，可按照所得的施工過程或成橋狀態(tài)內(nèi)外側(cè)斜拉索索力比值（任選其一）確定斜拉索初張力和調(diào)索索力內(nèi)外側(cè)索力比值。對(duì)內(nèi)外側(cè)索力比值的影響因素分析表明:在重量參數(shù)中鋼箱梁重量影響較大;在幾何參數(shù)中橋面吊機(jī)沿橫橋向至剪切中心水平距離影響較大

6、。橋面吊機(jī)在縱橋向移動(dòng)過程中應(yīng)盡量保持橫橋向位置不變和定位準(zhǔn)確。
　　(4)基于有限元的多塔空間索斜拉橋參數(shù)靈敏度分析表明:為滿足施工控制的需要，多塔鋼箱梁斜拉橋橋梁縱向主邊跨斜拉索的索力差、多塔混凝土箱梁斜拉橋箱梁板厚和橋面鋪裝厚度三項(xiàng)指標(biāo)的施工精度和控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)設(shè)置比橋涵規(guī)范更為嚴(yán)格。基于有限元的工序論證計(jì)算表明:除了邊跨橋面吊機(jī)拆除時(shí)機(jī)可以在主梁施工過程中變動(dòng)以外，其余工序均應(yīng)在主梁施工前確定，不宜臨時(shí)變化。
　　(5)

7、基于能量變分原理，綜合考慮箱梁橫截面正應(yīng)力軸向平衡條件和剪切變形的影響，構(gòu)建了包含參數(shù)m（即不同冪次）的新剪力滯翹曲位移函數(shù)。以所得應(yīng)力均方誤差與撓度均方誤差為精度標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算分析了不同m值拋物線下新構(gòu)建剪力滯翹曲位移函數(shù)的適應(yīng)性，得出了二次拋物線形式較為精確合理的結(jié)論。通過典型位置所得應(yīng)力值的比較，進(jìn)一步分析了新構(gòu)建剪力滯翹曲位移函數(shù)(m=2)的適應(yīng)性和精確性。針對(duì)所得集中荷載作用下簡(jiǎn)支箱梁翼緣懸臂板最外端應(yīng)力有較大偏差的情況，通過應(yīng)力

8、曲線擬合，得到了集中荷載作用下簡(jiǎn)支箱梁懸臂板的應(yīng)力改進(jìn)公式。針對(duì)斜拉橋混凝土PK斷面梁，基于新構(gòu)建的剪力滯翹曲位移函數(shù)理論分析、實(shí)體單元有限元分析和實(shí)橋測(cè)試等的結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證了新構(gòu)建的剪力滯翹曲位移函數(shù)的適用性。
　　(6)針對(duì)施工臨時(shí)荷載大于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載的實(shí)際情況，分析了橋面吊機(jī)等施工臨時(shí)荷載作用下的鋼箱梁力學(xué)響應(yīng)，確定了鋼箱梁在臨時(shí)荷載作用下應(yīng)力較易超標(biāo)和失穩(wěn)的工況，建議將大型臨時(shí)荷載納入橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范所列“作用”，