大跨径斜拉桥非线性分析与施工控制研究

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斜拉桥是一种经济、合理、美观的桥型,是大跨度桥梁的首选桥型之一.目前中国正处于斜拉桥大规模建设的时期,在具体的设计、施工中有许多问题需要进一步研究.该文结合黑龙江省第一座斜拉桥——松花江斜拉桥,开展了相关研究.和成桥状态相比,斜拉桥在施工期间,由于结构尚未合拢,整体刚度较低,因而其结构的大变形效应比较明显;同时在施工期间,斜拉索的应力较低,特别是斜拉索在分步张拉情况下,其应力水平更低,斜拉索的垂度效应非常显著.另外,斜拉桥主梁和塔在弯矩和轴向力的共同作用下,表现出一定梁—柱效应.针对上述问题,论文基于非线性连续介质力学的基本原理,较详细地对斜拉桥几何非线分析方法进行了探讨.并结合松花江斜拉桥,研究了各种非线性因素对该桥施工阶段的影响.在满足结构受力的前提下,斜拉索的索力可以有任意种组合,因此斜拉桥的成桥受力状态也就有无数种,但其中必定有一种受力状态是最合理的,这就存在一个斜拉桥合理成桥索力确定的问题.只有确定了斜拉桥的合理成桥状态,才能为以后的施工过程分析提供依据和目标.在对已有方法分析的基础上,论文中给出了一种新的确定方法——基于多约束条件下的最小能量法,并用该方法对松花江斜拉桥的合理成桥状态进行了初步分析.论文保留了以往确定斜拉桥施工索力的倒拆法和倒拆—正装法的优点,在此基础上,对它们进行了适当改进,提出一种新的计算方法——前进分析法.该方法摈弃了倒拆分析,因而可以考虑混凝土的收缩、徐变和结构几何非线性以及拆除合拢段与支座单元所带来的结构不闭合的影响.在对混凝土的收缩、徐变分析时,该文采用的时效分析理论,从截面内力平衡入手,计算沿截面高度每一纤维层因混凝土的收缩、徐变等时效因素引起的应变,并由结构平衡方程求出计入了上述时效影响的内力和变形.在此基础上,进一步可求出结构在任意时刻因混凝土的收缩、徐变等因素影响的内力和变形.由于目前斜拉桥施工控制的重点都放在线形控制上,而实际上在施工控制中,结构的应力控制也具有很重要的地位,因此文中对斜拉桥施工过程中的空间应力分析进行了初步的探索,采用扩展的三维实体等参元对松花江斜拉桥施工应力进行了初步分析.
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