【摘 要】
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斜跨拱塔斜拉桥作为一种空间异形桥梁对城市景观的发展起到推动作用。该桥型悬吊桥面系的拱塔属于空间异形拱,高度和跨度较大,受力复杂。对于钢结构拱塔,常规的施工方法是满堂支架上节段焊接拼装。但该施工方法存在着诸如支架体系结构构造复杂、各杆件联结结点繁多、支架体系安装拆卸工程量很大、高空焊接作业繁重、焊接难度较大、影响施工安全的风险突出等缺陷。因此对常规施工方案进行优化具有重要工程意义。本文针对太原市某斜
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斜跨拱塔斜拉桥作为一种空间异形桥梁对城市景观的发展起到推动作用。该桥型悬吊桥面系的拱塔属于空间异形拱,高度和跨度较大,受力复杂。对于钢结构拱塔,常规的施工方法是满堂支架上节段焊接拼装。但该施工方法存在着诸如支架体系结构构造复杂、各杆件联结结点繁多、支架体系安装拆卸工程量很大、高空焊接作业繁重、焊接难度较大、影响施工安全的风险突出等缺陷。因此对常规施工方案进行优化具有重要工程意义。本文针对太原市某斜跨拱塔斜拉桥钢拱塔的架设施工开展研究。针对满堂支架节段焊接拼装施工方案的缺陷,提出“少支架+中间拱段吊装合拢”的优化施工方案。本文的主要研究工作如下:（1）“少支架+中间拱段吊装合拢”施工方案相较于满堂支架节段焊接拼装施工方案,减少支架高度20 m,减少支架跨度48 m,使中间拱段23条对接焊缝免除高空焊接作业。（2）针对“少支架+中间拱段吊装合拢”施工方案的临时支架系统进行结构设计;对中间拱段的吊装施工,开展:1)履带吊机的选型;2)与合拢成拱相关的吊机占位及吊装重量、起吊高度、起重机臂长和作业半径等参数的空间几何分析;3)吊点布置及吊耳设计;4)吊机占位地基承载力等相关内容的计算和验算。（3）针对“少支架+中间拱段吊装合拢”和满堂支架节段焊接拼装两种施工方案,基于ANSYS有限元软件建构各施工工况下的拱塔-支架体系有限元模型,开展施工过程力学分析。通过对两种施工方案的支架强度、变形和稳定性的数值结果分析的比较,表明“少支架+中间拱段吊装合拢”方案的支架体系的刚度和稳定性最优,但支架系统的组合应力则比满堂支架节段焊接拼装方案的支架系统的组合应力要大。有限元数值分析结果也验证了“少支架+中间拱段吊装合拢”施工方案的可行性。（4）针对“少支架+中间拱段吊装合拢”施工方案的支架系统开展优化设计,以主要受力杆件的材料利用率最大作为目标函数,运用响应面方法,采用ANSYS Workbench软件对支架系统的截面尺寸进行优化。优化结果表明,支架系统的重量比初始设计状态的重量降低了27%,其强度、刚度和稳定性仍能满足规范要求。（5）采用定额计价的方法对两种施工方案的人工、材料和机械费用进行分析和比较,表明“少支架+中间拱段吊装合拢”方案的造价比满堂支架节段焊接拼装方案的造价要降低30万元,该方案的经济效益较为明显。
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