独塔非对称自锚式悬索桥结构优化与工程控制方法研究

发布时间：2020-04-06 19:34

【摘要】：自锚式悬索桥相较于地锚式悬索桥,省去了庞大的锚碇,将主缆直接锚固在加劲梁上,结构造型优美,桥跨布置多样,在城市桥梁竞争中占有巨大优势。但由于其先梁后缆的施工顺序以及非线性的施工过程,结构体系转换成了该类型桥梁设计与施工的难点。本文结合某独塔非对称自锚式悬索桥,首先优化了全桥成桥吊索索力,然后研究了温度对空缆线形的影响以及空缆状态下索股架设精度的控制,接着分析了施工误差对索夹定位与吊索无应力长度的影响,最后对该桥吊索张拉方案进行了设计与优化,具体研究内容分为以下几个方面:(1)本文对自锚式悬索桥成桥吊索力进行分步优化确定,首先使用最小弯曲能量法和均布质量法初步确定恒载吊索力,然后对部分不合理的吊索力进行调匀;接着通过有限元软件建立全桥有限元模型,计算分析成桥各构件受力状态,再利用线性化有限位移法计算加劲梁恒活载弯矩包络图;最后,根据内力平衡法绘制弯矩可行域,并利用其对成桥状态进行检验并调整,直至求得满足要求的成桥状态。(2)利用合理的成桥有限元模型倒拆出空缆线形,然后在此基础上,利用抛物线解析法计算出了空缆线形下温度与垂度的关系,与有限元计算结果进行了比较,确定抛物线法计算结果具有足够精度,可将其结果用于现场空缆架设;最后对基准索股架设进行施工控制研究,为准确确定桥梁环境温度和索股温度,制定了相关的温度测量方案,然后根据实测温度,对基准索股进行架设调整,使架设精度满足要求。(3)由于实测空缆线形与理论空缆线形不会完全一致,两者会存在一定的误差。首先分析确定了误差来源,然后分析了误差对成桥线形的影响,根据主索鞍偏移量误差等计算出成桥时主缆跨中标高误差。为保证加劲梁线形与设计线形相接近,在主缆线形发生变化的情况下,重新计算索夹位置,调整吊索无应力长度,使成桥后吊索保持竖直状态,加劲梁线形满足设计要求。(4)首先根据各构件参数,确定张拉控制原则,然后拟定4个张拉方案,其中方案一为全桥吊索一次性张拉,其他方案在此基础上进行相关优化。通过对各方案进行施工阶段模拟分析,比较各方案安全性、施工工期及经济性,最后确定最优的吊索张拉方案。
【图文】：

科隆,自锚式悬索桥

修建悬索桥提供了解决方案。随着各类桥梁跨径的增大，自锚式悬索桥也在主跨 500m 以内的桥型方案中不断提升，尤其是在城市桥梁景观需求的今天，自锚式悬索桥以其经济性能好，造型结构优美，对不良地质适特点脱颖而出，成为城市及其周边中小跨径桥梁的主力军[1~3]。在不断吸锚式悬索桥修建的经验后，我国也纷纷效仿它们，对自锚式悬索桥进行修建，目前我国也已建成多座大跨径自锚式悬索桥。.2 国外典型自锚式悬索桥早在 19 世纪后半叶，自锚式悬索桥的造型就已经被美国工程师查理斯.本利工程师约瑟夫.朗金构想出来了。查理斯.本德在 1867 年申请了专利，金则在 1870 年，在波兰修建了世界上第一座小型铁路自锚式悬索桥。1915 年，第一座大型自锚式悬索桥—科隆—迪兹桥[1][2][4]（图 1-1）在莱成，当时主要是受地质条件的限制，不适合修建锚碇，而使得德国工程将主缆锚固在主梁上，进而选择了该种桥型。这座桥主跨跨径 185m，主用拱门式结构，且铰支在承台上，，用木脚手架支撑钢梁直到主缆就位。

奥克兰,旧金山,新桥,海湾

图 1-2 Seventh Street Bridge其中较著名的是美国旧金山—奥克兰海湾新桥[6~8]（图 1-3），该桥为独塔自锚式悬索桥，塔高 160m，由 4 根钢箱柱构成，跨径为 385m+180m。为在风和地震荷载作用下发生破坏，加劲梁之间采用横梁相互联系。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.25

【参考文献】