异形斜拉桥装配式钢拱塔仿真分析与施工控制研究

发布时间：2020-06-21 18:10

【摘要】：为满足交通功能和人们对审美更高层次的追求,异形斜拉桥应势而生。本文以一座基于全4D BIM施工管理平台的异面扭转变截面倾斜钢拱塔斜拉桥——永定河特大桥为背景,对桥塔-支架体系进行仿真计算分析及施工控制研究。以合理成桥状态为研究目的,结合切片法和拆分法,对异形斜拉桥的超静定钢拱塔合理施工状态进行研究,得出异形钢拱塔施工控制方法及误差解决方案。主要研究内容及成果如下:(1)结合本项目桥塔的构造和施工特点,阐述异形钢拱塔的精准仿真分析和高效施工控制方法对指导施工及制造的重要性;提出了BIM软件到有限元软件数据转换的方法——切片法,快速建模的同时防止板壳单元划分的奇异性。(2)采用切片法建立桥塔-支架体系有限元模型,并对支架进行强度和稳定性的计算,验证了其安全性;针对施工过程仿真的重点和难点研究,得出悬臂施工转角使桥塔悬拼位移结果更为准确。(3)基于平面悬臂的线形基础理论和位移累积法,推导空间扭转倾斜桥塔制造和施工线形的关系、计算公式和长度调整量;采用正装与倒拆法,对异形整体桥塔和无合龙段桥塔两种模型进行对比分析,得到只要控制合龙段的误差影响,就可以保证桥塔线形精确。(4)提出异形桥塔施工控制新方法——拆分法,分析预变形和支架对桥塔施工的影响,得到预变形与支架的组合可保证桥塔顺利合龙并满足设计线形要求;验证了拆分法的可行性和准确性。(5)考虑预变形和支架的影响,采用拆分法计算桥塔-支架体系,得出桥塔体系的制造线形、施工线形和节段加工调整量,重新建立三维仿真,验证桥塔线形和应力均满足规范精度要求,该结论能更好指导本工程制造和施工。(6)采用极值误差法对桥塔截面及轴线变形进行施工误差分析,同时研究桥塔的质量与刚度上下浮动引起的施工位移偏差,得到截面及轴线变形对施工线形影响较大,该体系对质量和刚度不敏感,最后提出施工过程需要控制的特殊位置和解决措施。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.27;U445.4
【图文】：

曲线,异形,斜拉桥

逡逑跨径布置１１６ｍ＋２４６ｍ＋１１６ｍ，参见图１－１邋ｂ），该桥的建造标志着我国拱塔斜拉桥正逡逑朝更大跨度迈进。逡逑１：：逡逑ａ）邋Ａｌａｍｉｌｌｏ邋Ｂｒｉｄｇｅ逦ｂ）之江大桥逡逑图１－１国内外异形斜拉桥逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｓｐｅｃｉａｌ－ｓｈａｐｅｄ邋ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ邋ｂｒｉｄｇｅｓ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｗｏｒｌｄ逡逑１．２．２异形钢拱塔斜拉桥的发展逡逑拱形桥塔本身就是一种异形桥塔，可视为Ａ形、倒Ｖ形或门形桥塔的一种演变，逡逑结构中将平面直线转变为空间曲线，甚至转变为空间扭转曲线，使桥塔外观形式逡逑变化更为优美多样化，受力更为复杂。在１９９７年，美籍华裔设计师贝律铭设计了逡逑拱塔斜拉桥——日本美好美术馆人行桥，获得国际桥梁与结构工程协会（ＩＡＢＳＥ）逡逑２００２年度的杰出结构奖（Ｏｕｔｓｔａｎｄｉｎｇ邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋Ａｗａｒｄｓ），使得这一结构形式逐渐逡逑进入桥梁工程师的视线［１１］。逡逑２００７年建成的意大利圣地亚哥卡拉特拉瓦大桥，为钢箱拱塔形式的双索面独逡逑塔斜拉桥，其桥塔面呈现长椭圆形状，区别于一般抛物线和椭圆形，开创了塔面逡逑形式丰富之路

异形钢,斜拉桥

（１）钢拱塔的索面为空间曲形逡逑异形斜拉桥中的钢拱塔索面与Ａ形塔空间斜索面不同，拱塔斜拉桥的索面基本逡逑不在一个平面上，是一种空间螺旋曲面的样式，如图１－３所示。逡逑ｍ邋ｍ逡逑ｆｔ逡逑ｔＨＨＨＲＲＲＲＷＨＢ逡逑ａ）三明台江大桥逦ｂ）邋Ｍｉｈｏ邋Ｍｕｓｅｕｍ邋Ｆｏｏｔｂｒｉｄｇｅ逡逑图１－３拱塔斜拉桥空间索面示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－３邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｓｐａｃｅ邋ｃａｂｌｅ邋ｐｌａｎｅ邋ｏｆ邋ａｒｃｈ邋ｔｏｗｅｒ邋ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ邋ｂｒｉｄｇｅｓ逡逑目前钢拱塔的索力为空间分布，从受力角度看，不仅有纵向水平力、竖直力，逡逑还有横问水平力。并且索间距、桥塔索倾角、拉索的空间位置及索力分布特征对逡逑结构受力均有影响。目前国内外拱塔斜拉桥布索模式如图１－３所示，为空间螺旋曲逡逑面，不同于常规斜拉桥拉索平面布置，造型和受力更为复杂，另外索位在拱形塔逡逑顶部区域很少布置。由于我国目前对钢拱塔空间曲面布索的基础研宄较少，缺少逡逑５逡逑

【参考文献】