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随着“一带一路”和新基建的提出,中国经济经历着高速度发展后进入平稳高质量发展的新时代,随之而来对于公路工程以及跨江、跨海等新型基建要求不断提高。作为桥梁建设过程中新型科学技术与实际施工应用创新的高度浓缩,大跨度斜拉桥适用场所日益增多,整体造型日趋多变复杂。然而伴随着我国大跨度桥梁领域不断高速发展,现代桥梁工程建设面临“跨度大、净空高、风险巨”的难题。斜拉桥由于其“主梁结构合理、整桥跨度符合要求、对于航道净空和制造线形的约束宽松、抵抗恶劣天气能力强、方便快速施工”的特点,成为跨越江河湖海水域以及城市内水域桥梁建设的首选。某桥作为浙江省公路工程中的重要组成部分,其斜拉索索力优化采用有限元软件与数值方法结合的形式,施工控制采用误差分析与现场监测结合的控制思路。论文旨在对该桥索力优化方式、无应力索长计算以及斜拉索索力施工过程控制的特点进行深入的探讨,对其理论基础及控制技术进行深入理解和研究,为今后斜拉桥索力优化及施工、调索全过程的具体实施提供有据可依的建议。论文主要研究内容包括:
(1)基于有限元软件MidasCivil全过程模拟斜拉桥一次成桥状态下考虑结构的二期铺装和自重荷载情况。分别采用指定结构状态的优化方法和弯曲能量最小法计算出合理的成桥索力后,根据斜拉索索力确定原则以及索塔偏位等要求对局部不合理的索力进行调整,得到合理状态下一次落架的成桥索力值。
(2)将成桥状态索力计算结果应用至施工阶段倒拆与正装的迭代计算分析中,提出了基于不同索单元破断索力值设置的索力均匀性约束条件,得到较优的约束条件及优化索力。针对存在不满足索力分布规则的局部索力,运用影响矩阵法对局部索力进行调整,得到较优的最终优化索力值。
(3)根据数值计算后的最终优化索力,运用抛物线理论和悬链线理论,计算得到斜拉索无应力索长的近似解、数值解和解析解,得到不同计算理论的特点及适用范围,以及计算后实际应用于施工控制的无应力索长。考虑拉索结构相关度较高的力学和材料参数,提出敏感性因子综合分析方法,开展不同结构参数对于施工阶段桥梁斜拉索索力敏感性分析,得到了最为相关的结构影响参量。
(4)以浙江省沿海某桥作为施工控制实施对象,基于最优控制优化算法,提出了运用多种斜拉桥现场索力测量方法作为控制手段的现场控制技术,得到索力误差控制指标最优的实测控制索力。运用梁段标高现场观测手段,通过标高误差合理控制验证索力监测的准确性和合理性。
(1)基于有限元软件MidasCivil全过程模拟斜拉桥一次成桥状态下考虑结构的二期铺装和自重荷载情况。分别采用指定结构状态的优化方法和弯曲能量最小法计算出合理的成桥索力后,根据斜拉索索力确定原则以及索塔偏位等要求对局部不合理的索力进行调整,得到合理状态下一次落架的成桥索力值。
(2)将成桥状态索力计算结果应用至施工阶段倒拆与正装的迭代计算分析中,提出了基于不同索单元破断索力值设置的索力均匀性约束条件,得到较优的约束条件及优化索力。针对存在不满足索力分布规则的局部索力,运用影响矩阵法对局部索力进行调整,得到较优的最终优化索力值。
(3)根据数值计算后的最终优化索力,运用抛物线理论和悬链线理论,计算得到斜拉索无应力索长的近似解、数值解和解析解,得到不同计算理论的特点及适用范围,以及计算后实际应用于施工控制的无应力索长。考虑拉索结构相关度较高的力学和材料参数,提出敏感性因子综合分析方法,开展不同结构参数对于施工阶段桥梁斜拉索索力敏感性分析,得到了最为相关的结构影响参量。
(4)以浙江省沿海某桥作为施工控制实施对象,基于最优控制优化算法,提出了运用多种斜拉桥现场索力测量方法作为控制手段的现场控制技术,得到索力误差控制指标最优的实测控制索力。运用梁段标高现场观测手段,通过标高误差合理控制验证索力监测的准确性和合理性。