下承式钢管混凝土系杆拱桥吊杆索力优化

发布时间：2020-05-10 10:59

【摘要】：随着材料的不断改进,系杆拱桥这种桥梁形式越来越多的出现在我国桥梁建设中,科学技术的进步和国家经济建设的发展也为其提供了良好的支持。由于外部静定内部超静定的特殊结构形式,对于吊杆索力的优化计算一直是工程界的热点。吊杆索力的合理分布直接影响桥梁的安全使用,特别是短吊杆的突然断裂,一直是系杆拱桥事故的重要原因之一。因此对于系杆拱桥吊杆索力的研究具有极其重要的意义。本文以银吴客专银川南特大桥128m系杆拱桥为工程背景,对成桥吊杆索力和吊杆初始张拉力做优化计算。本文首先通过查阅国内外相关文献资料,总结陈述斜拉桥的索力计算理论和主要的计算方法及其适用条件,为系杆拱桥的吊杆索力优化计算做理论基础。之后建立银吴客专银川南特大桥128m系杆拱桥的有限元模型,进行成桥分析和施工过程分析,重点内容为合理成桥状态吊杆索力的确定、合理张拉顺序确定和吊杆施工初张力的确定。本文的行文逻辑是首先获得合理成桥状态,之后确定吊杆张拉顺序,最后确定吊杆的初始张拉力。在成桥合理吊杆索力计算时,运用多种斜拉桥的索力计算方法,逐一单独计算系杆拱桥的吊杆索力,排除了不适用于系杆拱桥这种结构形式的计算方法,之后多种方法结合使用,得到了目标索力。也从吊杆等频率的角度对成桥吊杆索力进行了计算。在确定吊杆张拉顺序时,利用倒拆原理,拟定四种张拉方案,先倒拆获得吊杆初张力,之后正装计算,对比施工过程中全桥的力学表现,选择最优的张拉顺序。在这一过程中解决了拆除支架这一施工步骤的倒拆模拟,实现了数据的较好闭合。在吊杆初张力计算中,对比正装迭代法和倒拆法的计算结果,并考察吊杆在施工过程中的索力变化,最终获得了理想的吊杆初张力。通过对系杆拱桥的索力优化计算,证明适用于斜拉桥的计算方法在系杆拱桥中并不完全适用,虽然二者同属于典型的三元结构,但是结构的差异决定计算方式的差异。我们也可得出,仅靠单一的计算方法很难得到理想的优化结果,多种方法的结合使用较为合理。本文通过理论计算对银吴客专银川南特大桥128m系杆拱桥的吊杆索力进行了优化计算,研究成果对同类桥梁具有一定参考价值。
【图文】：

内力分布,赵州桥

在人类文明进程中，基础设施建设扮演着重要角色，而作为交通战线上的重要一环梁可以看作是社会进步的体现。早在隋朝时期建成的赵州桥（图 1.1）是我国古代建桥技术的代表之作[1]。进入现代以来，人类的科技水平飞速发展，各种各样的桥式先后出现，具有悠久历史的拱桥并没有消失于历史长河中，而是在新技术推动下了飞跃发展，目前我国已建跨径大于 50m 的各类系杆拱桥已有 410 余座[2]。在钢材凝土材料出现之后，拱桥摆脱了材料约束，不但截面尺寸大幅度减小，其跨越能力幅度提升，人们开始关注其美学艺术。特别是在钢管混凝土和预应力体系引入桥梁后，拱桥的跨径越来越大，，对基础的适应能力也越来越强。钢管混凝土拱桥的拱肋优美流畅，吊杆整齐有力，使得整座桥梁高贵优雅、优美和谐[3]。但是对于系杆拱种外部静定内部超静定的结构，吊杆张拉力的计算一直是令人头疼的问题，合理的初张力能保证结构安全，成桥后内力分布合理，拱肋和系梁的线形优美。而吊杆张序的选择亦至关重要，不合理的张拉顺序可能导致张拉过程中，由于吊杆间的相互而使部分吊杆索力过大，结构局部应力超限等等。因此，寻求最合理的系杆拱桥成态和最优的吊杆初张力一直是桥梁设计者的主要研究目的。

丫髻沙大桥,广州,尼尔森体系,系杆拱桥

图 1.2 广州的丫髻沙大桥图 1.3 重庆市巫山长江大桥（2）尼尔森体系随着生产力的发展和桥梁建设经验的积累，尼尔森提出用斜吊杆代替兰格尔体系中的竖吊杆可以大幅提高系杆拱桥的刚度，并于 1928 年在瑞典获得专利，所以这种斜吊杆形式的系杆拱桥又被称为尼尔森体系[17]。尼尔森体系拱桥在我国的应用较少，我国第一座尼尔森体系系杆拱桥是 1996 年建成的巢湖市西坝路桥（主跨 40m）。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.225

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