大跨CFST拱桥斜拉扣挂悬拼施工监测控制关键技术研究

发布时间：2020-08-01 09:20

【摘要】：大跨钢管混凝土拱桥一般采用缆索吊装斜拉扣挂悬拼法施工,监控的关键在于斜拉扣索索力和拱桁线形,本文旨在寻找一种快速准确求解扣索索力的方法,以及应用最小二乘支持向量机法预测拱桁吊装过程中的线形,并在工程中验证两种方法的可行性和准确性,进而科学指导大跨CFST拱桥拱桁斜拉扣挂悬拼施工监控,保障桥梁施工的质量和安全。以计算跨径268m的永吉高速猛洞河大桥为实例,建立三维杆系有限元计算模型,模拟拱桁吊装过程,对斜拉扣挂施工过程中扣索索力、拱桁线形进行分析;根据猛洞河大桥和计算跨径450m的大小井大桥的拱桁吊装过程监测数据,编写回归预测模型程序,对拱桁斜拉扣挂施工过程中扣挂控制点竖向位移进行预测分析。以下是本文的主要内容:(1)推导快速求解合理扣索索力的方法:以正装迭代法为基础,通过简化的力矩平衡法计算出扣索张力作为初始迭代矩阵,在迭代过程中增加修正矩阵,得到改进的正装迭代法。然后,将该方法应用于求解猛洞河大桥斜拉扣索索力,通过与正装迭代法的对比,验证改进正装迭代法的收敛效率高,将此法求解的索力应用于工程,结果表明,正装迭代法通过12次的迭代才能得到控制点竖向位移最大值为-20.3mm的精度;改进的正装迭代法第7次迭代就能得到控制点竖向位移最大值为-19.2mm的精度。同时,施工现场实测值较好的吻合了理论计算值,验证了该方法的合理性和准确性。说明采用改进的迭代法进行计算,计算效率明显提高,同时能成功应用于工程。(2)在猛洞河大桥拱桁吊装过程中,探索最小二乘支持向量机法对于拱桁线形预测的适用性。选取影响拱桁线形的主要参数,编写程序,建立并训练最小二乘支持向量机预测模型。分析对比预测结果与实测值,模型预测精度未能满足要求,主要原因是:样本数量较小不利于模型的自我学习训练;样本数据绝对值较大、数据离散性大,预测难度高;猛洞河大桥的扣索索力张拉采用多次分阶段调索方案,对预测结果影响较大。总之,最小二乘支持向量机法在拱桁吊装过程中竖向位移的预测需要满足一定的条件。(3)分析最小二乘支持向量机法在猛洞河大桥线形预测的探索结果,针对性选取拱桁吊装节段更多,样本数据绝对值更小、数据离散性更小,且扣索初张力采用一次调索的大小井大桥项目,根据该桥数据,建立并训练最小二乘支持向量机预测模型,验证最小二乘支持向量机法在大跨CFST拱桁斜拉扣挂悬拼施工过程中预测扣挂控制点竖向位移的可行性。结果表明,训练模型均方误差MSE值仅仅0.04,而进行预测的模型均方误差MSE值为0.27,模型在训练时的拟合度精度较高,且预测结果也满足工程精度要求。最小二乘支持向量机在大小井大桥拱桁吊装过程预测扣挂控制点竖向位移得到成功应用。总之,改进的正装迭代算法计算效率高、工程适用性强,为大跨拱桥斜拉扣索索力计算提供理论和方法支撑;最小二乘支持向量机法在一定条件下,有效预测大跨拱桥拱桁吊装过程的拱桁线形,为拱桁线形和扣索索力实时调整提供数据支持。用两种方法指导大跨CFST拱桥斜拉扣挂悬拼法施工的监测控制,能有效保证桥梁施工过程及成桥的质量和安全。
【学位授予单位】：广西大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U445.4
【图文】：

合江,钢管混凝土拱桥

用的施工方法一一斜拉扣挂悬拼施工，其线形控制的桁节段吊装预抬高量的控制，求解合理的扣索力组合是由钢材和混凝土按照钢管内填充混凝土的形式组合混凝土的填充提高了钢管的抗局部屈曲能力，钢管的套和塑性能力［３］。伴随着国内ＣＦＳＴ邋（钢管混凝土）设计凝土拱桥施工工艺及技术的不断提高，钢管混凝土拱桥得到迅速发展，使之逐渐变成目前大跨度拱桥最常用旺苍东河大桥（国内最早的钢管混凝土拱桥）的建成到年的发展，跨径己经超过５００ｍ，可望在不久的将来成的４００余座钢管混凝土拱桥中，跨度最大的是２０１３江长江一桥（主跨５３０ｍ）邋［５］，如图１－１所示。目前在达到５７５ｍ［６］。逡逑

悬拼施工,斜拉扣挂,缆索吊装

ｉｇ．邋１－２邋Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｃａｂｌｅ邋ｃｒａｎｅ邋ａｓｓｅｍｂｌｙ邋ａｎｄ邋ｃａｂｌｅ－ｓｔａｙｅｄ邋ｂｕｃｋｌｅ邋ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ索吊装施工法在桥梁的施工应用中，工艺自身不断完善，以其起调动便捷、对施工段水运通航影响较小等优点在拱桥的施工中大节段重量大等原因，大跨度钢管混凝土拱通常采用扣塔扣索的装法施工。国内采用该方法施工的拱桥数不胜数，如２００４年广混凝土拱桥一一南宁永和大桥（主跨３３８ｍ）就是采用缆索吊装当时世界跨度最大的下承式钢管混凝土拱桥１１４］。２０１３年在四川桥（主跨５３０ｍ）同样采用缆索吊装斜拉扣挂悬拼施工，建成时的钢管混凝土拱桥［１５】。逡逑装配合斜拉扣挂悬拼施工是利用缆索系统将岸边加工制作的拱位置，与前一节段拼装后利用扣索扣挂在扣塔上实现临时固定，工方法是目前在大跨度钢管混凝土拱桥施工中运用最广泛的方高速猛洞河大桥采用缆索吊装斜拉扣挂施工。逡逑

斜拉扣挂,悬拼施工,线形控制,施工监控

管混凝土拱桥结构体系选择多样化，结构性能优越，能在不同地质与地形力大的优势，而且造型美观，在工程界备受青睐，是近年来国内建设最多跨径不断增大的钢管混凝土拱桥必须合理组织施工监控确保施工的精度，索吊装配合斜拉扣挂悬拼施工过程中，确定合理的扣索力以及施工过程根时调整索力是线形控制的关键技术。逡逑桥斜拉扣挂悬拼施工监控逡逑跨钢管混凝土拱桥斜拉扣挂悬拼施工线形控制的关键在于斜拉扣索索力节段吊装预抬高量的控制，所以在施工监控过程中，有几个关键的问题需要确地求解扣索索力组合；采用科学的方法预测拱桁线形，为反馈调索及设参考。逡逑拉扣挂的发展逡逑统的方法是通过操作卷扬机控制钢丝绳进行斜拉扣挂临时约束施工拱桁，

【参考文献】