独塔斜拉桥施工控制及仿真分析

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1、独塔斜拉桥施工控制及仿真分析第一章绪论1.1斜拉桥发展概述斜拉桥又称为斜张桥，是用斜拉索将主梁悬吊在塔柱上的一种桥梁。斜拉桥是一种组合体系桥梁，通过主梁受压弯、斜拉索受拉来平衡所受到的外荷载[1][8]。斜拉桥由斜拉索、塔、梁共同形成全桥的受力体系，根据他们的不同配比关系，可以组成不同的结构体系。部分地锚式斜拉桥即边跨的一部分斜拉索锚固在地锚上而另一部分斜拉索锚固在主梁上的锚固形式，如我国的湖北郧阳汉江桥。部分地锚式斜拉桥索塔两侧的斜拉索将产生不平衡的水平分力。该水平分力可直接由边跨主梁传递给桥梁墩台。斜拉桥主梁多采用连续体系，形成连续刚构体系，如图1-3。三跨和多跨斜拉桥也可以在跨中设置挂孔

2、或剪力铰，形成单悬臂梁或者T形刚构，如图1-4所示。端锚索的索力直接传递到边墩中去，可对斜拉桥在活载作用下的受力起着很重要的作用。通过端锚索索力的调整可以很大程度的影响斜拉桥的恒载受力状态。为加强边跨主梁对中跨主梁的锚固作用，在大跨度斜拉桥边跨设置辅助墩，当活载作用在边跨时辅助墩也使边跨挠度成倍的减小。协作体系斜拉桥即将连续梁的主梁伸出较长的悬臂并与斜拉桥连成一体[5]。通过这种方式可以充分利用连续梁的负弯矩的卸载作用，从而减少远离塔柱处主梁的负弯矩、减少斜拉索用量，以达到降低桥梁总造价的目的。1956年瑞典建成第一座现代化斜拉桥Stromsund桥（图1-6），桥塔是门形框架，拉索成辐射型布

3、置，从此开始了现代斜拉桥的发展历史[1][59]。世界上第一座独塔斜拉桥名为Severin桥（图1-7），1959年在德国建成。跨径为301.67m+150.68m，采用放射形拉索布置和漂浮体系,A型塔，极大的推动了世界独塔斜拉桥的发展。第一座混凝土斜拉桥名为Maracaibo桥，1962年在委内瑞拉建成，其跨度为135m。该桥的斜拉索采用预应力刚性索，并A型塔柱[41]。1967年在德国波恩建成了一座跨度为280m的单索面的密束体系的Friedrich-Ebert桥，该构思为以后多座斜拉桥作出了重要典范。1969年在德国Dusseldof建成了跨径为320mkNie桥。该桥采用无横系梁的塔并

4、布置竖琴式的斜拉索。1.2论文研究的主要内容及预期研究成果本文的研究工作于安徽涡河三桥在建项目。通过建立有限元模型模拟桥梁建设的各个施工阶段。并通过数值分析结果对涡河三桥的建设提供理论指导和进行施工控制。本论文的主要内容有：第一章为绪论，简要介绍斜拉桥的结构体系和受力特点以及斜拉桥在国内、外的发展情况及趋势，并阐述本文研究的主要内容及预期效果。第二章阐述斜拉桥施工控制理论。主要介绍施工控制的目的、内容和原则，施工控制的特点，施工控制的方法以及施工控制需要注意的问题。第三章主要介绍本文研究的工程背景，详细介绍施工控制的具体方案。第四章介绍涡河三桥的施工工艺，并运用有限元软件MidasCivil对

5、全桥施工阶段进行仿真模拟。第五章分析施工工艺改变以及挂篮荷载改变对桥梁内力及变形的影响，分析主梁最大悬臂状态和成桥状态的内力情况。给出施工抛高值的计算依据，为施工控制提供理论依据。第六章为参数敏感性分析，研究主梁节段重量、主梁的弹性模量、主塔的弹性模量、拉索的弹性模量、斜拉索索力、桥面铺装及温度等参数对结构体系的影响。并根据结构响应对参数的敏感性进行分类。第七章为牵引式挂篮的仿真模拟分析，通过空间有限元软件Ansys对牵引式挂篮的施工过程进行分析，详细模拟牵引式挂篮在3#块的施工过程中的各个阶段，研究0#3#块段在3#块段施工时的内力变形情况。对比分析Ansys建立的前支点挂篮模型和Midas

6、Civil建立的后支点挂篮模型的计算结果。..第二章斜拉桥施工控制理论2.1斜拉桥施工控制的目的和内容由于忽视桥梁的施工监控而导致的桥梁事故时有发生，给人们的生命和财产造成了很大的损失。有些桥梁合龙后成波浪形，不符合设计的要求，桥面难以处理，行车的舒适度也难以保证。如果能在桥梁建设过程中即时预见结构危险性并适时采取补救措施，就可避免缺陷及事故的发生。为使桥梁优质、安全和快速地建成，保证成桥后线形、结构受力状态接近设计期望值，同时根据《工程建设标准强制性条文》的规定：大桥、特大桥或重要结构在施工阶段，对结构物的应力、变形值应有针对性的施工监测控制，以保证结构物的强度和稳定[63]，对大桥进行全过

7、程施工监测和控制就显得尤为重要。施工控制是将结构测试和现场分析相结合，根据施工过程形成结构计算分析、监测及反馈控制的一整套系统。通过施工现场的结构测试并与跟踪计算分析相比对，而采取的反馈控制措施。目的是使施工过程中结构的内力合理，结构挠度控制在允许范围内，以保证施工过程中结构的安全和稳定。施工控制为施工过程提供理论数据和决策性技术依据[26][28][29]。施工控制是桥梁施工的安全和质量保证，其